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        Dev. Cell | 中国农业大学郭岩团队揭示植物盐胁迫响应和生长恢复的调控新机制
        发布日期:2020-09-07 浏览次数:  信息来源:生物学院


        盐胁迫解除后必威电竞外围_必威电竞官网_首页,植物如何快速恢复生长必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页?郭岩团队发现蛋白激酶BIN2是调控盐胁迫响应和生长恢复的一个分子开关


        植物的生长和胁迫响应往往相互拮抗,需要保持平衡必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。在恶劣的环境条件下必威电竞外围_必威电竞官网_首页,植物生长受到抑制必威电竞外围_必威电竞官网_首页;当环境条件改善必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,植物生长会迅速恢复。土壤盐渍化是一个全球性难题必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,对植物生长和农作物产量造成不利影响必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。当降雨或灌溉后必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,土壤盐渍化程度降低必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,植物会从盐胁迫响应阶段转换至快速生长恢复阶段。

               钙信号依赖的SOS (salt overly sensitive) 途径是植物中经典的抗盐途径必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,可以被盐胁迫特异地激活。当植物感受到外界盐胁迫时必威电竞外围_必威电竞官网_首页,细胞内Ca2+浓度会迅速上升必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,钙结合蛋白SOS3SCaBP8Ca2+结合,进而与蛋白激酶SOS2相互作用,激活SOS2活性并招募其至细胞质膜必威电竞外围_必威电竞官网_首页;被盐胁迫特异激活的SOS2进一步激活SOS1Na+/H+反向转运活性必威电竞外围_必威电竞官网_首页;SOS1通过向细胞外转运Na+,降低细胞内Na+毒害必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,帮助植物抵抗盐胁迫必威电竞外围_必威电竞官网_首页。虽然在正常条件和盐胁迫条件下SOS途径的调控机制已有研究报道,但尚不清楚的是,当盐胁迫解除或减弱时必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,SOS途径如何失活,其失活是否与植物生长的激活有关必威电竞外围_必威电竞官网_首页,以及这种关联如何被调节必威电竞外围_必威电竞官网_首页。
              202094日必威电竞外围_必威电竞官网_首页,中国农业大学郭岩教授课题组Developmental Cell 杂志在线发表题为The GSK3-like Kinase BIN2 Is a Molecular Switch between the Salt Stress Response and Growth Recovery in Arabidopsis thaliana 的研究论文必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。该研究不仅拓展了盐胁迫下SOS途径和植物生长的调节机制必威电竞外围_必威电竞官网_首页,而且揭示了当盐胁迫解除时必威电竞外围_必威电竞官网_首页,SOS途径的失活机制以及植物生长恢复的调节机制必威电竞外围_必威电竞官网_首页。

         

        该研究通过酵母双杂交筛选发现BIN2一个潜在的与SOS2相互作用的蛋白必威电竞外围_必威电竞官网_首页。BIN2是糖原合成酶激酶3 (glycogen synthase kinase 3, GSK3) 类蛋白激酶家族中的一员必威电竞外围_必威电竞官网_首页,也是油菜素甾醇 (BR)信号通路中重要的负调节因子,参与植物的生长发育和胁迫响应必威电竞外围_必威电竞官网_首页。SOS2也可以与BIN2的同源蛋白BIL1BIL2相互作用必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。盐胁迫敏感性分析发现功能缺失突变体bin2-3 bil1bin2-3 bil2在主根生长方面表现出对盐胁迫不敏感必威电竞外围_必威电竞官网_首页,而杂合的BIN2功能获得突变体bin2-1 HT在主根生长方面对盐胁迫敏感必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。BIN2主要磷酸化SOS2的第172位苏氨酸,并抑制其激酶活性必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。此外必威电竞外围_必威电竞官网_首页,钙结合蛋白SOS3SCaBP8也可以与BIN2相互作用必威电竞外围_必威电竞官网_首页,并促进BIN2对活性SOS2的磷酸化作用。之后一系列研究揭示BIN2对盐胁迫响应和生长恢复的调控机制,为改良农作物的抗盐性提供了理论依据。

                                                                                    BIN2调控盐胁迫响应和生长恢复

        该研究提出了BIN2调控盐胁迫响应和生长恢复的工作模型:在正常条件下,SOS2活性被抑制必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,BR信号促进植物生长必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。在盐胁迫条件下必威电竞外围_必威电竞官网_首页,细胞内产生盐胁迫特异的钙信号必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,SOS3SCaBP8SOS2相互作用必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,招募SOS2至细胞质膜并激活其活性必威电竞外围_必威电竞官网_首页,进而SOS2磷酸化激活SOS1必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页;而SOS3SCaBP8BIN2的相互作用减弱必威电竞外围_必威电竞官网_首页,并且BIN2从细胞质膜上解离,一方面限制BIN2SOS2的磷酸化抑制作用,盐胁迫响应被进一步激活必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,而BIN2SOS2适度的抑制作用必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,可以避免SOS2被过度激活必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页,另一方面使得BIN2磷酸化BZR1BES1并抑制其转录活性,抑制植物生长必威电竞外围_必威电竞官网_首页。在盐胁迫退去的快速恢复阶段必威电竞外围_必威电竞官网_首页,变化的钙信号使得SOS3SCaBP8促进BIN2在细胞质膜上定位,增强BIN2对高活SOS2的磷酸化抑制作用必威电竞外围_必威电竞官网_首页,减弱盐胁迫响应必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页;而BZR1BES1的转录活性被释放必威电竞外围_必威电竞官网_首页,促进植物恢复生长。

        中国农业大学郭岩教授为该论文的通讯作者,中国农业大学李建芳博士和四川大学周华鹏博士为该论文的共同第一作者必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。美国卡内基科学研究所王志勇研究员参与课题讨论并惠赠材料必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。该研究得到了国家自然科学基金委和国家转基因生物新品种培育重大专项的资助必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页必威电竞外围_必威电竞官网_首页。

         


        论文链接:

        https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.08.005

         

         

         

         

         

         

         

         

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