拟南芥磷酸酪氨酰磷酸酶激活子在脱落酸信号传递及抗病反应中的功能研究

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蛋白磷酸化是调节细胞中蛋白功能的最重要以及研究最多的翻译后修饰之一。胞外刺激以磷酸化信号的形式传递到胞内,通过改变蛋白质的磷酸化状态调节蛋白的活性、细胞定位、稳定性以及和其它蛋白的相互作用,进而调节细胞分裂、生长发育以及胁迫响应等生理过程。蛋白磷酸化是通过蛋白激酶催化氨基酸残基共价结合磷酸基团。蛋白磷酸化是可逆的,去磷酸化由蛋白磷酸酶介导。蛋白激酶和蛋白磷酸酶独立工作,协同调节蛋白磷酸化的动态过程及蛋白质的功能。近年来,植物中蛋白磷酸化及蛋白激酶的研究日趋丰富和完善。然而,蛋白去磷酸化及蛋白磷酸酶的工作尚处于一个初级阶段。因此,开展蛋白磷酸酶及其调控机制的研究将加深对植物细胞中蛋白去磷酸化过程的认识并可能给植物基因工程提供重要的线索。  蛋白磷酸酶2A(PP2A)是参与蛋白去磷酸化的关键磷酸酶之一,而磷酸酪氨酰磷酸酶激活子(PTPA)参与调控PP2A磷酸酶的活性。目前,PTPA在植物中的生物学功能还知之甚少。本研究中,利用人工microRNA技术以及CRISPR/Cas9基因组编辑技术分别获得PTPA表达量下调和PTPA敲除的植株。对生长发育表型观察发现,PTPA表达沉默或突变致使植物表现出矮小、叶片深绿以及叶柄变短等发育缺陷表型。进一步研究发现,PTPA表达沉默或突变使植物及种子萌发对脱落酸(ABA)表现出超敏感。在ptpa突变体中,PP2A活性显著降低,表明PTPA参与调控PP2A的活性。此外,如果将PTPA的ATP结合位点A277和PP2A结合位点D286分别突变为天冬氨酸和精氨酸后,其就不能和野生型形式一样功能互补ptpa突变体,显示PTPA的功能依赖于ATP和与PP2A的相互作用。此外,ptpa突变体植物受PAMP处理后,增强了PTI标志基因表达、胼胝质沉积、活性氧爆发及幼苗生长的抑制,同时对丁香假单胞细菌DC3000hrcC表现出较强的抗性,表明PTPA负调节PTI免疫反应。  综上所述,我们的研究显示PTPA在拟南芥中发挥着多重功能,包括对ABA信号传递以及免疫反应的调控,且PTPA可能通过激活PP2A来行使功能。进一步的研究将加深对PTPA调控PP2A磷酸酶活性生化机制的理解。
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