实验室蒋明义课题组揭示了水稻中双负调节途径介导ABA诱导的OsDMI3活化机制
发布时间:2018-12-13 浏览次数:
 

  水分胁迫是限制植物生长发育、影响作物产量的最重要的胁迫因子。植物响应水分胁迫的最重要的反应之一是迅速积累植物激素脱落酸(ABA)。ABA能够通过诱导气孔关闭、调节基因表达、诱导渗透调节物质的积累以及增强抗氧化防护来提高植物响应环境胁迫的能力。

1212日,The Plant Cell在线发表了实验室蒋明义教授课题组完成的题为Abscisic acid inhibits rice protein phosphatase PP45 via H2O2and relieves repression of the Ca2+/CaM-dependent protein kinase DMI3的研究论文。该研究报道了水稻中ABA信号转导的一个正调控因子CCaMKCa2+/CaM依赖型蛋白激酶)被ABA活化的机理。同日,The Plant Cell以“A partnership for ABA responses”为题发表编辑评论,将该工作作为亮点予以介绍。

 

    Ca2+是ABA信号转导中的重要的第二信使。植物体内Ca2+信号转导能被Ca2+感受器所识别并传导。CCaMK是Ca2+的感受器之一。CCaMK的活化依赖Ca2+和CaM的共同调节。CCaMK早期研究被证实能够传感结瘤因子诱导的Ca2+震荡,在菌根感染以及根瘤发育过程中起着关键性的作用。蒋明义教授团队先前的研究显示,水稻CCaMK(OsDMI3)是ABA信号转导中正调控因子。水稻叶片中OsDMI3能够被ABA活化,活化的OsDMI3通过调控OsMPK1而上调抗氧化防护酶的活性,进而增强水稻抵抗水分胁迫和氧化胁迫的能力(Shi et al., Mol Plant, 2012; Shi et al., Plant Cell Environ, 2014)。然而,ABA活化OsDMI3的机理尚不清楚。

       为了研究ABA诱导OsDMI3活化的机理,蒋明义教授团队通过酵母双杂筛选找到一个OsDMI3的互作蛋白--蛋白磷酸酶OsPP45。研究结果显示,ABA 信号转导中,OsPP45 作用于OsDMI3 的Thr263位点,负调节OsDMI3 自磷酸化活性,抑制OsDMI3与CaM结合,进而去磷酸化OsDMI3。进一步研究发现ABA一方面降低OsPP45的基因表达,从而使OsPP45蛋白含量降低,更重要的一方面是ABA诱导产生H2O2,H2O2作用于OsPP45的Cys350和Cys428,使其形成分子间二硫键,导致OsPP45形成二聚体而失活。失活的OsPP45释放OsDMI3,使OsDMI3自磷酸化,自磷酸化的OsDMI3结合CaM磷酸化底物从而转导传递ABA信号。

      该研究结果揭示了OsDMI3 在ABA 信号转导中的一个新的互作蛋白OsPP45,阐明ABA 信号转导中OsDMI3 与OsPP45 的互作机制,进而揭示ABA 信号转导中一条新的OsDMI3 活化途径。这一研究的开展不仅有助于人们对植物细胞CCaMK参与植物抗逆反应的功能与作用机制的认识,进而拓展人们对逆境下ABA 信号转导机理的理解,而且对于利用分子生物学手段提高作物的耐逆性具有重要的指导意义。

9EBB

ABA活化OsDMI3的模式图

     实验室蒋明义教授为通讯作者,师资博士后倪岚为论文第一作者。课题组张阿英教授,植物保护学院张正光教授也参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金、973计划、中央高校基本业务费等资助。

论文链接:http://www.plantcell.org/content/early/2018/12/11/tpc.18.00506

Plant Cell编辑评论链接:http://www.plantcell.org/content/early/2018/12/11/tpc.18.00919