Nature Com|中科院通过LC-MS和酵母双杂等技术揭示RAF-SnRK2激酶级联介导高等植物中的早期渗透胁迫信号

中科院上海植物逆境生物学研究中心的王鹏程团队于Nature Commun(IF:12.121上发表了一篇题为“A RAF-SnRK2 kinase cascade mediates early osmotic stress signaling in higher plants”的研究文献,该文献通过LC-MS、酵母双杂和亚细胞定位等技术表明RAF-SnRK2激酶级联介导高等植物中的早期渗透胁迫信号。

文章来源

 

背景

干旱、高盐和低温使植物产生渗透压胁迫,极大地限制了植物的生产力。渗透调节对于植物应对环境挑战是必不可少的,也是植物生长和发育所必需的。SNF1相关的蛋白激酶SnRK2s被渗透胁迫快速激活,并且是渗透胁迫和脱落酸(ABA)信号传导途径中的重要组成部分。然而,SnRK2激活和早期渗透应激信号传导所需的上游组件仍然未知。在此研究了Raf样激酶(RAFs)的B2,B3和B4亚家族在拟南芥中的早期渗透胁迫以及ABA信号传导中的作用。

 

结果

为了研究早期渗透胁迫信号通路中的磷酸化,测定了甘露醇处理引起的高渗胁迫下激酶的活性。四组蛋白激酶通过甘露醇处理和ABA激活。SnRK2.2/3/6被ABA和渗透胁迫强烈激活,响应渗透压的快速活化表明这些激酶在早期渗透压信号传导中起作用。OKs的激活不需要SnRK2s,并且独立于ABA信号传导。

图1:渗透压激活OKs和SnRK2s

1:渗透压激活OKsSnRK2s

 

为了进一步鉴定OK100并研究渗透胁迫如何激活SnRK2.2,SnRK2.3和SnRK2.6,将突变引入野生型和OK130突变体背景的B2和B3亚家族成员中来生成高阶突变体。结果表明B4RAF对应于OK130,而B2和B3Raf样激酶的成员则是OK100。通过生成表达GFP融合的转基因品系,研究了RAF蛋白的亚细胞定位。结果显示GFP-RAF20,GFP-RAF12和GFP-RAF7位于细胞质中,而RAF11位于细胞质中的斑点上。

图2:Rafs的亚细胞定位

2:Rafs 的亚细胞定位

 

在OK-quatdec突变体植物中研究了ABA反应,发现该突变体在种子发芽和发芽后幼苗生长期间对ABA不敏感。OK-quatdec突变体幼苗显示出比野生型和其他RAF高阶突变体更高的失水量。结果表明,RAF也参与了ABA触发的SnRK2.2/3/6激活。酵母双杂交试验表明B2和B3亚组的RAF与SnRK2.6相互作用,但与SnRK2.4不存在相互作用。

 

图3:B2和B3亚群Rafs 通过磷酸化的SnRK2s介导ABA信号转导

3:B2B3亚群Rafs 通过磷酸化的SnRK2s介导ABA信号转导

 

结论

研究结果表明,B2、B3和B4 RAF被渗透压快速激活,是SnRK2s磷酸化和激活所必需的。高阶突变体分析揭示了RAF在渗透胁迫耐受性和ABA反应以及生长发育中的关键作用。我们的发现揭示了在高等植物中介导渗透压调节的激酶级联反应。

参考文献

1Hasegawa, P. M., Bressan, R. A., Zhu, J. K. & Bohnert, H. J. Plant cellular and molecular responses to high salinity. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 51, 463–499 (2000).

2Thomashow, M. F. PLANT COLD ACCLIMATION: freezing tolerance genes and regulatory mechanisms. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50, 571–599 (1999).

3Assmann, S. M. & Jegla, T. Guard cell sensory systems: recent insights on stomatal responses to light, abscisic acid, and CO2. Curr. Opin. Plant Biol. 33, 157–167 (2016).

文献链接:https://doi.org/10.1038/s41467-020-14477-9

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干旱、高盐和低温使植物产生渗透压胁迫,极大地限制了植物的生产力。渗透调节对于植物应对环境挑战是必不可少的,也是植物生长和发育所必需的。SNF1相关的蛋白激酶SnRK2s被渗透胁迫快速激活,并且是渗透胁迫和脱落酸(ABA)信号传导途径中的重要组成部分。然而,SnRK2激活和早期渗透应激信号传导所需的上游组件仍然未知。在此研究了Raf样激酶(RAFs)的B2,B3和B4亚家族在拟南芥中的早期渗透胁迫以
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