PNAS揭示植物信號調(diào)控新機制

日期：2014-06-17 09:15:17

來自復(fù)旦大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和密歇根理工大學(xué)等處的研究人員證實，在擬南芥中GSK3類激酶通過磷酸化蔗糖非酵解型蛋白激酶2家族成員(SnRK2s)正向調(diào)控了脫落酸信號。這一研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。

論文的通訊作者是復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的王學(xué)路(Xuelu Wang)教授，其期從事油菜素甾醇信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和其它激素與環(huán)境信號相互作用的研究。近幾年，他的實驗室在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑互作以及油菜素甾醇調(diào)控植物發(fā)育等領(lǐng)域取得了多項重要研究成果，已在Developmental Cell, eLife,和PNAS等高水平綜合類生物學(xué)期刊發(fā)表多篇重要研究論文。

脫落酸（abscisic acid, ABA）是一種非常重要的天然植物生長激素，是最早得到確認(rèn)的五大類植物激素之一。脫落酸參與了許多植物生長和發(fā)育過程，如種子萌發(fā)、幼苗生長、葉片氣孔開閉等，此外還是一種重要的抗逆誘導(dǎo)因子，介導(dǎo)了植物對逆境如干旱、鹽堿、低溫等的抵抗作用，因此，落酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究對植物生長發(fā)育調(diào)控的理解、作物品質(zhì)的提高具有十分重要的意義。

蔗糖非酵解型蛋白激酶（sucrose non-fermenting1-related protein kinase，SnRK）是廣泛存在于植物中的一類Ser/Thr類蛋白激酶，也是ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的中一種關(guān)鍵正調(diào)控因子。這種激酶能通過多種途徑激活，比如ABA，滲透脅迫，或者磷酸化脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，以及離子通道，這些將保護(hù)植物免于脫水，或者高鹽化。根據(jù)基因結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)序列同源性分析，植物SnRK相關(guān)蛋白激酶基因有SnRK1、SnRK2和SnRK3共3個家族，其中SnRK2和SnRK3是植物特有的蛋白酶。

在這篇文章中，研究人員確定了GSK3類激酶BIN2可與SnRK2s的兩個成員：SnRK2.2和SnRK2.3發(fā)生互作，并使之磷酸化。膠內(nèi)激酶分析結(jié)果顯示，BIN2以及兩個關(guān)系最近的同系物BIL1和BIL2功能喪失的突變體bin2-3 bil1 bil2 在初生根抑制、ABA反應(yīng)性基因表達(dá)和磷酸化ABA反應(yīng)元件結(jié)合因子(ABF) 2片段過程中對ABA低敏感；而BIN2功能獲得性突變體bin2-1對ABA高度敏感，表明了GSK3類激酶在ABA信號中充當(dāng)了正調(diào)控因子。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)BIN2可在T180位點磷酸化SnRK2.3，SnRK2.3T180A在自磷酸化和磷酸化ABFs中的激酶活性下降。在體內(nèi)GSK3激酶抑制劑Bikinin則可抑制SnRK2.3激酶活性以及T180位點磷酸化。

遺傳分析結(jié)果進(jìn)一步證實，BIN2依賴于SnRK2.2和SnRK2.3，調(diào)控了PYRABACTIN RESISTANCE1/PYR1-LIKE/REGULATORY COMPONENTS OF ABA RECEPTORS受體和clade A蛋白phosphatase 2C下游的ABA信號。