ABA 信号途径调节的新机制

英文标题Nucleocytoplasmic Trafficking of the Arabidopsis WD40 Repeat Protein XIW1 Regulates ABI5 Stability and Abscisic Acid Responses

中文标题:拟南芥重复WD40结构域蛋白XIW1的核质转运调节ABI5稳定性和脱落酸反应

文章作者:朱国辉教授课题组

发表单位华南农业大学生命科学学院

期刊:Molecular Plant,IF=10.8

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研究背景:

今天为大家解读一篇ABA 信号途径调节的新机制。

调节蛋白质核质转运往往是细胞信号转导的重要环节之一,参与植物对生物节律、激素、非生物和生物胁迫的响应。核转运受体(NTR)介导蛋白质的入核和出核转运,包括核输入受体(Importin)和核输出受体(Exportin)。XPO1/CRM1是核输出受体,介导蛋白质从细胞核向细胞质的转运。植物中XPO1底物蛋白鉴定及其底物蛋白核质转运的生物学意义少有报道。

 

研究结果

1:寻找到XPO1A的互作蛋白:XIW1

通过对XPO1A转基因植株蛋白的免疫共沉淀见图和质谱分析,鉴定了一个富含WD40结构域的蛋白XIW1见图

转基因植株蛋白的免疫共沉淀富含WD40结构域的蛋白

2:XIW1的出核转运依赖与XPO1

证据一:在烟草和转基因材料的实验表明,LMB(XPO1抑制剂)处理或者对XIW1蛋白NES序列(核输出序列)点突变,会促使XIW1在细胞核积累。(见图

点突变,会促使XIW1在细胞核积累

证据二:通过酵母双杂实验表明:XPO1A是通过XIW1蛋白NES序列发生互作。(见图

酵母双杂实验表明:XPO1A是通过XIW1蛋白NES序列发生互作

综上:表明XIW1的出核转运依赖与XPO1。

 

3.XIW1基因的表型特征

研究发现,XIW1功能缺失突变体xiw1-1表现为ABA不敏感表型,

突变体xiw1-1表现为ABA不敏感表型

那为什么xiw1表现为ABA不敏感表型??作者联系到一类植物脱落酸不敏感蛋白ABI5

4:XIW1与ABI5的协同性

名词解释:植物脱落酸不敏感蛋白5(Abscisic acid-insensitive 5, ABI5)为碱性亮氨酸拉链类型(Basic leucine zipper, bZIP)的转录因子,在ABA信号途径中起重要作用。

ABA处理条件下xiw1中ABI5转录和蛋白水平低于野生型;

RNA-seq结果表明xiw1-1与abi5有类似的基因表达谱,遗传学证据表明ABI5介导了XIW1对ABA信号响应的调节。

xiw1-1与abi5有类似的基因表达谱

5:应用领域意义

研究进一步发现,XIW1是一个核质分布蛋白。拟南芥在正常生长条件下时,XIW1主要定位于细胞质,而ABA处理或者非生物胁迫可促使XIW1在细胞核内聚集。XIW1在细胞核内与ABI5存在直接互作,并起到减缓ABI5降解速率的作用,从而正调节ABA信号途径。

XIW1减缓ABI5降解速率的作用

因此,该研究解析了XPO1-XIW1-ABI5信号级联过程,阐明了一种通过蛋白核质转运调节ABA信号途径的新机制;同时,过量表达XIW1或者促使XIW1在细胞核内表达,均可提高植物的抗旱性,有一定的应用前景。

过量表达XIW1或者促使XIW1在细胞核内表达,均可提高植物的抗旱性

结论

该研究在拟南芥中鉴定了一个XPO1互作蛋白XIW1(XPO1-Interacting WD40 protein 1),XIW1的出核转运依赖于XPO1。ABA和逆境胁迫影响XIW1的核质转运,XIW1在细胞核的积累可增强ABI5的稳定性,从而正调节ABA信号途径。

 

 

ABA 信号途径调节的新机制
调节蛋白质核质转运往往是细胞信号转导的重要环节之一,参与植物对生物节律、激素、非生物和生物胁迫的响应。而植物中XPO1底物蛋白鉴定及其底物蛋白核质转运的生物学意义少有报道。该研究在拟南芥中鉴定了一个XPO1互作蛋白XIW1(XPO1-Interacting WD40 protein 1),XIW1的出核转运依赖于XPO1。ABA和逆境胁迫影响XIW1的核质转运,XIW1在细胞核的积累可增强ABI5
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