拟南芥SDIR1的互作蛋白ACP1及ESCRT-Ⅰ组分VPS23A参与ABA信号转导的机理研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:phenix519
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泛素化修饰在植物的生长发育及抵抗外界不良环境中起着非常重要的作用。泛素化过程是由泛素激活酶(E1)、泛素结合酶(E2)和泛素连接酶(E3)介导的级联催化反应,最终将泛素加到底物蛋白上,从而影响底物蛋白的稳定性、活性或者定位等。近十年来的研究发现一些泛素化组分参与调节植物激素信号途径。ABA的信号转导在植物的生长发育和应对外界各种生物和非生物胁迫过程中发挥着非常重要的作用。E3泛素连接酶泛素化底物的鉴定是了解E3泛素连接酶如何发挥功能的关键。本研究利用酵母双杂交的方法寻找到了ABA(Abscisic Acid)信号正调控因子RING类型的E3泛素连接酶SDIR1(Salt-and Drought-Induced Ring finger1)的一个底物蛋白,它是一个酸性磷酸酶,我们将其命名为ACP1(Acid Phosphatase1)。本研究解析了SDIR1/ACP1复合物的作用机制。另外,关于E2和E2-like如何参与ABA信号调控鲜有报道,本研究利用了反向遗传学的方法对部分E2和E2-like的突变体进行了ABA表型筛选,发现一个E2-like的突变体vps23a表现出ABA超敏感的表型,并深入探究了VPS23A(Vacuolar Protein Sorting23A)的作用机制。  利用酵母双杂交、免疫共沉淀和萤光素酶分子互补实验证明ACP1的确与SDIR1存在相互作用,进一步的原核表达蛋白的pull-down实验表明ACP1与SDIR1直接互作。从ABRC订购的两个acp1突变体与野生型相比,在种子萌发早期和后期幼苗生长阶段均表现出对ABA和NaCl更为敏感的表型,这与SDIR1基因的过表达植物表型一致,因此我们推测ACP1可能是SDIR1的泛素化底物。利用烟草表达系统证明SDIR1能够介导ACP1蛋白通过26S蛋白酶体系统降解,并且体外泛素化实验表明SDIR1可以将ACP1泛素化,这些结果说明ACP1的确是SDIR1的泛素化底物蛋白。qRT-PCR的结果发现,在acp1-1突变体中,ABI5(ABA Insensitive5)基因的表达量较野生型Col-0中增强。进一步的遗传学分析表明在ABA信号途径中,ACP1可能位于ABI5上游。因此,SDIR1通过调控其底物蛋白ACP1的稳定性,从而影响下游ABI5的表达而调控下游ABA信号的响应。  近年来,PYR/PYLs/RCARs类ABA受体的发现极大的推进了植物科学的发展。在动物中,内膜系统的蛋白分选在调节受体蛋白的定位和稳定性方面发挥着重要作用。本研究表明内膜系统分选调控该类ABA受体的定位和降解。表型分析发现vps23a在子叶变绿和根长生长方面表现出对ABA敏感的表型。相对于野生型,vps23a突变体中OST1(Open Stomata1)激酶活性升高,并且ABI4和ABI5的表达增强,这表明VPS23A可能是以PYR/PYLs/RCARs类受体起始的ABA信号通路中的重要调节因子。遗传学分析表明PYR/P YLs/R CARs类受体可能上位于VPS23A。亚细胞定位分析表明VPS23A与PYR1/PYL4在早期内涵体和晚期内涵体中均有定位,并且VPS23A与PYR1/PYL4在内膜系统存在共定位。酵母双杂交和荧光素酶互补实验表明ESCRT-Ⅰ(Endosomal Sorting Complex Required for Transport-Ⅰ)的组分均能与PYR1/PYL4存在互作,说明VPS23A作为ESCRT-Ⅰ的组分可能参与将PYR1/PYL4招募到内涵体途径。以PYR1为例,我们检测到在vps23a突变体中,PYR1的定位较在野生型中多了一些小泡状定位,说明在VPS23A缺失后,PYR1不能通过膜系统运输进入液泡中降解,从而在细胞质中积累。另一方面,vps23a突变体中液泡的形态发生变化,呈现片状结构,这也可能是影响ABA受体进入液泡后的降解缓慢的原因。蛋白降解实验发现内涵体降解途径的抑制剂E64D能够抑制PYL4的降解,并且VPS23A能够促进PYR1/PYL4的降解,而VPS23A的缺失能够缓解PYL4蛋白的降解。K63位泛素化修饰是蛋白参与内膜运输的一个信号,在体内的确也检测到了PYL4的K63位泛素化修饰形式。Pull-down实验表明VPS23A能够直接识别K63位连接的泛素链。因此,VPS23A可能通过直接识别ABA受体识别或K63位泛素化修饰的ABA受体,促进ABA受体进入内膜系统降解,从而影响ABA信号转导途径。
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