农药快讯:2020年第14期
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新进展!ABA信号通路的“终结者”
更新时间:2020-08-10 点击量:3262

种子的萌发和幼苗的生长是植物成功繁殖所必须。不适宜的条件(如盐碱、干旱、低温等)抑制种子萌发,等待合适条件地到来使其幼苗能够最大限度的生存是种子植物适应周围环境变化的重要性状。脱落酸(ABA)在维持种子休眠过程中起着首要调控作用。在逆境条件下,会促进植物产生并积累ABA,ABA与其受体PYR1/PYLs结合,近而介导PYR1/PYLs与ABA信号转导中的负调控因子PP2C类蛋白磷酸酶结合,从而解除PP2C 磷酸酶对SnRK2s激酶的抑制作用,使其磷酸化并激活下游的bZIP类转录因子(如ABI5等)诱导脱落酸响应基因的表达。ABA信号的激化促使种子处于休眠状态从而避免种子在不适环境下萌发。但ABA信号如果持续处于激活状态会造成植物过度反应,也不利于种子在适宜条件下开始萌发和恢复生长。因此,植物如何及时终止ABA信号与其激活ABA信号同等重要。但目前对ABA信号终止的分子机制还不清楚。

 

近期,Molecular Plant杂志在线发表了来自华中农业大学李霞团队题为counteraction of ABA-mediated inhibition of seed germination and seedling establishment by ABA signaling terminator in arabidopsis的研究论文。同时中国科学院上海逆境中心朱健康研究员、赵杨研究员、浙江农业科学院邓志平研究员参与该项研究。

 

该研究鉴定到了ABA信号通路中的一个新组分发挥ABA信号通路终结者的作用,发现了拟南芥中一个WD40蛋白ABT(ABA Terminator)在终止ABA信号调控种子萌发和幼苗建立过程中发挥着关键调控作用。ABT的表达受到ABA信号通路激活的诱导,ABT蛋白的积累会反馈抑制ABA信号的激活。ABT功能缺失突变体在萌发和子叶转绿过程中对ABA敏感,而过表达突变体则对ABA不敏感,证明ABT是ABA信号转导通路中的一个负调控因子。

 

WD40蛋白通常作为支架,介导蛋白质复合物间的互作。通过酵母双杂交技术筛选其互作蛋白,发现其与多个ABA受体和PP2C磷酸酶存在相互作用。作者进一步通过Co-IP和BiFC实验对ABT与ABA受体和PP2C磷酸酶的相互进行了验证。同时作者发现其相互作用不依赖于ABA的存在。

 

PYR1/PYLs受体与PP2C蛋白磷酸酶的结合是激活ABA信号通路的第一步。那么ABT在这个过程中扮演怎样的角色呢?作者通过一系列的实验证明了ABT通过与ABA受体PYR1的结合会阻断PYR1与蛋白磷酸酶ABI1的结合从而阻断ABA信号的激活。此外,ABT和ABI1间的亲和力显著大于PYR1和ABI1间的亲和力,即在ABT存在的条件下,ABI1优先结合ABT,从而减弱PYR1/PYLs与ABI1的互作和抑制作用。体外磷酸酶活性分析发现在ABA和PYR1存在时,ABI1磷酸酶活性受到PYR1的抑制会大幅下降,而在体系中加入ABT后ABI1的磷酸酶活性大大提高(相对于体系中只有ABA和PYR1而言)。此实验进一步证明ABT通过与ABA受体PYR1的结合会阻断PYR1对ABI1磷酸酶活性的抑制,从而抑制ABA信号。

 

基于上述结果,本研究揭示了一个终止ABA信号的新机制。在逆境条件下(ABA存在时),ABA与PYR1/PYLs受体结合,促使ABA-PYR1/PYLs复合物与PP2Cs磷酸酶结合,释放并激活蛋白激酶SnRK2s以及对包括ABT在内的下游基因的转录调控,开启植物对逆境的响应。与此同时积累的ABT蛋白通过与ABA受体PYR1/PYLs结合,从而阻断PYR1对ABI1磷酸酶活性的抑制,而终止ABA信号。

 

该研究成果不仅有助于深入了解ABA介导的植物种子休眠和苗期耐逆的分子机理,而且对全面解析ABA介导的耐逆机理及作物耐逆性状改良具有重要指导意义。

 

华中农业大学王志娟副教授、任仔银博士研究生、中国科学院遗传发育所农业资源研究中心程春红博士、王涛博士为共同第一作者,华中农业大学李霞教授为通信作者,中国科学院上海逆境中心朱健康研究员、赵杨研究员、浙江农业科学院邓志平研究员给予该项研究大力支持。该项目获得国家重大研发计划,国家自然科学基金和华中农业大学自主课题支持。     (来源:iplants)

 

农药快讯, 2020 (14): 7.

tag: ABA、调控因子、新机制  

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