盐碱胁迫下拟南芥14-3-3蛋白对蛋白激酶SOS2和PKS5调控的研究

发布时间：2020-06-13 04:21

【摘要】：盐胁迫是一种自然界中广泛存在的非生物胁迫,它抑制植物生长并降低作物的产量。在植物中SOS(Salt-Overly-Sensitive)信号途径非常保守并在盐碱胁迫下调节钠离子稳态中起重要作用。SOS信号途径中SOS3和SCaBP8是钙结合蛋白,SOS2是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,SOS1为质膜Na+/H+反向转运蛋白。在盐胁迫条件下,SOS3和SCaBP8感知盐胁迫诱导的钙信号,与蛋白激酶SOS2相互作用并激活蛋白激酶SOS2,激活的SOS2被招募到质膜,进而激活SOS1 Na+/H+反向转运活性。然而,关于在正常条件(非盐胁迫:)下,SOS途径是如何被调节的,目前仍知之甚少。以前的研究发现,在正常条件下,14-3-3λ/κ(以下简称14-3-3)可以与Ser294位点磷酸化修饰后的SOS2结合并抑制SOS2激酶活性。但是,正常条件下磷酸化修饰SOS2 Ser294位点的激酶并不清楚;盐胁迫下14-3-3如何解除对SOS2激酶活性的抑制,其调控机制也不清楚。本文研究发现,正常条件下PKS5蛋白激酶与SOS2存在相互作用并磷酸化修饰SOS2 Ser294位点。体内磷酸化实验表明,PKS5负调节SOS2的激酶活性。SOS 1和SOS2共表达酵母系统显示,PKS5通过磷酸化SOS2中的Ser294位点增强了 14-3-3蛋白对SOS2激酶活性的抑制作用。非损伤微测实验表明,盐诱导的Na+外排在PKS5激酶活性组成型增强的两个突变体(pks5-3和pks5-4)中降低,在pks5-4中过表达SOS2S294A可部分回复pks5-4的盐敏感表型,由此可见,PKS5通过对SOS2 Ser294位点的磷酸化负调节拟南芥的盐胁迫耐受性。研究也发现,14-3-3λ与PKS5的激酶结构域相互作用,盐胁迫会增强14-3-3和PKS5的相互作用并抑制PKS5活性。当植物受到盐胁迫时,细胞质钙离子浓度升高,其可被SOS3和SCaBP8识别,然后SOS3和SCaBP8激活SOS2的激酶活性,SOS2进而激活SOS1 Na+/H+反向转运活性。研究发现,盐胁迫下,PKS5激酶活性被抑制,进而释放质膜H+-ATPase活性,为建立跨膜质子梯度以驱动Na+/H+反向转运活性。由盐胁迫引起而释放钙信号可能被未知的钙结合蛋白识别,进而抑制PKS5的激酶活性,14-3-3蛋白包含钙结合结构域,可以与钙离子结合。因此,我们推测盐胁迫下,升高的钙信号可能被14-3-3识别,14-3-3 一方面与SOS2的结合减弱,解除对SOS2的抑制,另一方面,14-3-3可能与PKS5相互作用,抑制PKS5的激酶活性。体外钙结合实验表明,14-3-3与钙离子结合后,其与SOS2的结合减弱,与PKS5的结合增强。并且观察到,与野生型相比,14-3-3λκ双突变体的质膜H+-ATPase活性下降,由于14-3-3λκ中PKS5激酶活性升高,14-3-λκ表现出对高pH敏感的表型。由于在14-3-3λκ中,14-3-3解除了对SOS2活性的抑制,14-3-3λκ的Na+/H+反向转运活性高于野生型,14-3-3λκ表现出耐盐表型。研究结果表明,14-3-3在调节植物的盐、碱胁迫中起着十分重要的作用。本文的研究发现,正常条件下PKS5磷酸化修饰SOS2 Se1294位点使14-3-3与SOS2结合并抑制其激酶活性。在盐胁迫下,盐诱导的钙信号被14-3-3蛋白识别并解码,14-3-3减弱了与SOS2的相互作用并释放了 SOS2的激酶活性,同时,钙离子增强了 14-3-3和PKS5的互作,进而抑制PKS5活性,解除了对SOS2和质膜H+-ATPase活性的抑制。结果表明,盐诱导的钙信号由14-3-3和SOS3/SCaBP8蛋白解码,它们通过选择性激活/抑制下游蛋白激酶SOS2和PKS5来协调质膜Na+/H+反向转运蛋白和质膜H+-ATPase活性以调节细胞中Na+稳态。
【图文】：

钙离子浓度,植物细胞,细胞器,钙离子

￣ｎ，境的刺激可以使胞内钙离子浓度迅速升高，可达微摩尔水平。细胞中迅速增多子主要来自细胞中的钙库。钙库指细胞内一些具有钙离子储存能力的细胞器（网），其钙离子含量很高，包含一类对钙离子高容量低亲和力的蛋白，表面存在转移系统，，有很强的钙离子摄入及诱导钙离子释放的能力。植物细胞中的钙库三种，液泡、内质网和质外体。植物中，中央液泡是最主要的钙离子储存场所，中游离的钙离子浓度大约在０．２？５邋ｍＭ之间。当液泡的钙离子吸收受到阻碍后，芥表现出对钙离子敏感的表型（Ｃｈｅｎｇ邋ｅｔａｌ．，邋２００５）。内质网是在人类和动物中为广泛的钙库，其中游离的钙离子浓度能达０．０５？０．５邋ｍＭ邋（Ｃｏｅ邋ａｎｄ邋Ｍｉｃｈａｌａｋ，邋２植物中内质网上大量存在的钙网蛋白也为其钙离子储存提供了可能。质外体中大量游离的钙离子，并通过钙离子浓度的调节影响多个生物学过程，如质外体钓离子浓度能够影响气孔运动等（Ｋｉｍ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１０）。除此之外，高尔基体、叶线粒体和过氧化物酶体等细胞器也被报道作为钙离子的储存场所（Ｓｔａｅｌ邋ｅｔ邋ａｌ．，（图１－２）。除了储存高浓度的钙离子外，钙库在维持细胞内的钙离子平衡中也发要作用，当胁迫来临后，钙库释放钙离子到胞质中，并以第二信使的方式调控的生命活动；而在正常条件下，钙库将多余的钙离子纳入囊中，以免因为钙离过高而对细胞造成毒害。逡逑

钙离子转运,拟南芥

生命活动状态（Ｓｔａｅｌ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１２）。钙离子的转运主要包括以下三部分，钙离子通道逡逑（Ｃａ２＋内流）、钙泵（Ｃａ２＋外流）和Ｃａ２＋／Ｈ＋反向转运蛋白（Ｃａ２＋外流）（Ｋｕｄｌａｅｔａｌ．，２０１０）逡逑（图１－３）。胞内钙离子的浓度受到内流和外流的共同调控，并准确精细的调控了钙信号逡逑所参与的生理生化过程。逡逑Ｇｌｕｔａｍａｔｅ逡逑ｒｊ邋ｑＣＮＧＣｓｑｇｌｒｓ邋ｊ邋逦Ｐｌａｓｍａ邋Ｍｅｍｂｒａｎｅ逦逡逑＿逦．邋Ｖ邋Ｉ邋／邋00邋ＥＣＡ３逡逑＾逦ｎ逦ｕ邋Ｕ邋ＡＣＡ１逦ＡＣＡ８／９／ＩＯ逡逑ｃ＿ｌａｓｍ逦ＤＫａ，逡逑ｅｒＶ0［］ｅｃａ１邋00ａｃａ２逦ｃＬ邋，逡逑——逡逑ｙ逦Ｖａｃｕｏｌｅ逡逑＾逦逦邋逦—Ｖ逡逑Ｃａｌｃｉｕｍ邋Ｉｎｆｌｕｘ逦Ｃａｌｃｉｕｍ邋Ｅｆｆｌｕｘ逡逑？Ｃａ２＊逦Ｃａ２＊逡逑Ｃａ２＋邋Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ逦Ｐ－ＡＴＰａｓｅｓ逦ｆ邋Ｃａ＾／Ｈ１，邋Ａｎｔｉｐｏｒｔｅｒｓ逡逑Ｃｈａｎｎｅｌｓ逦ｆ）邋ｆ］邋Ｌｏｗ－ａｆｆｉｎｉｔｙ逦．邋Ｉ邋Ｉ邋Ｈｉｇｈ－ａｆｆｉｎｉｔｙ逡逑Ｃａ２＇逦ｕ邋ｕ邋Ｈｉｇｈ－ｃａｐａｃｉｔｙ邋Ｅｆｆｌｕｘ逦Ｌｏｗ邋Ｔｕｒｎｏｖｅｒ邋Ｅｆｆｌｕｘ逡逑图１－３拟南芥细胞中的钙离子转运系统（Ｋｕｄｌａｅｔａｌ．，２０１０）逡逑目前研究鉴定出的植物中妈离子流入和流出途径。ＣＮＧＣ邋（Ｃｙｃｌｉｃ邋Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ邋Ｃｈａｎｎｅｌ，环核苷酸通逡逑道）
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

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