BSK1调控拟南芥和水稻ROS积累的分子机理初步研究

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活性氧(reactive oxygen species,ROS)在植物生长发育和免疫反应中发挥重要作用。NADPH(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)氧化酶AtRBOHD(RESPIRATORY BURST OXIDASE HOMOLOGS D)和OsRBOHB分别是拟南芥和水稻中调控ROS产生的主要蛋白。目前对植物ROS产生的机制研究还不是很清楚,因此进一步探究模式植物拟南芥和水稻中ROS产生和调控的机制将有助于更好地了解植物免疫系统,为植物抗病育种提供更坚实的理论基础。
  拟南芥BSK1(BRASSINOSTEROID-SIGNALING KINASE1)属于胞质型类受体激酶家族,正调控拟南芥先天免疫,突变体bsk1中flg22诱导的ROS积累相对野生型Col-0显著降低。通过对Col-0和突变体bsk1磷酸化蛋白质组学分析,发现RBOHD的第39位丝氨酸(Ser39)在野生型中存在磷酸化修饰,而在突变体bsk1中则没有,因此本论文对BSK1和RBOHD的功能联系进行了深入研究。同时,为了检测BSK1和RBOHD的功能联系在单子叶植物水稻中是否保守,为水稻抗病研究提供理论指导,本论文也对水稻中BSK1和RBOHD的同源蛋白OsBSK1-2和OsRBOHB的功能联系做了初步研究,主要研究结果如下:
  (1)免疫共沉淀(Co-IP)、荧火素酶互补技术(LCA)以及双分子荧光互补技术(BiFC)证明了BSK1和RBOHD之间存在互作,并且该互作不依赖FLS2(FLAGELLIN SENSING2),互作强度不受flg22、elf18和chitin等PAMPs(pathogen-associated molecular patterns)诱导的影响。
  (2)体外激酶实验表明BSK1可以直接磷酸化RBOHD。另外,将RBOHD Ser39位点突变成模拟持续磷酸化激活形式的天冬氨酸(D),然后在rbohd背景下表达可以回补rbohd突变体flg22诱导的ROS积累缺陷表型,说明RBOHD Ser39位点磷酸化对RBOHD介导的ROS积累起正调控作用。
  (3)BSK1和BIK1协同调控ROS产生,双突变体bsk1bik1的ROS产生相对单突变体bsk1和bik1没有进一步下降。但是,进一步研究发现bsk1bik1中部分抗病相关基因组成型表达,同时对白粉菌的抗性增强。RNA-seq结果表明相比野生型Col-0,bsk1bik1中共有5829个基因的表达存在显著性差异,其中上调的有5034个,下调的有795个,暗示BSK1和BIK1同时缺失后激活了更强烈的免疫反应。
  (4)LCA以及Co-IP技术可以检测到水稻OsBSK1-2和OsRBOHB存在互作,另外体外激酶实验表明OsBSK1-2可以磷酸化OsRBOHB,说明在水稻和拟南芥免疫过程中ROS产生机制可能是部分保守的。
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