拟南芥酪氨酸磺基转移酶TPST调控ABA信号的分子机理研究

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植物激素ABA不仅参与种子休眠和萌发、幼苗生长、根生长等多种生理过程,在干旱、高盐、低温等非生物胁迫中也发挥重要作用。ABA受体PYR/PYL/RCAR感知并起始ABA信号级联途径,PP2Cs磷酸酶、Sn RK2s蛋白激酶是ABA信号的关键组分。Sn RK2亚家族中Sn RK2.2、Sn RK2.3、Sn RK2.6是ABA信号的关键调控因子。磷酸化、泛素化、SUMO化、氧化还原等蛋白质翻译后修饰影响蛋白质的稳定性、互作、定位、活性等,对ABA信号组分的调节至关重要。蛋白质酪氨酸磺基化修饰是一种共价翻译后修饰,由定位于高尔基体的跨膜蛋白酪氨酸磺基转移酶TPST催化硫酸根供体PAPS的硫酸基团转移至蛋白质酪氨酸的酚羟基。能发生酪氨酸磺基化修饰的主要是多细胞真核生物分泌途径中的小肽或蛋白。迄今为止拟南芥中仅鉴定到四类外分泌小肽存在酪氨酸磺基化修饰。本课题旨在研究酪氨酸磺基化修饰是否调控ABA信号。转录因子Zat12响应多种非生物胁迫,包括干旱及外源ABA,但是ABA信号中调控Zat12表达的上游组分报道较少。为了研究ABA调控Zat12表达的机制,进一步解析ABA信号转导的分子机理,本研究利用Zat12启动子驱动荧光素酶(luciferase)报告基因,创制了拟南芥转基因株系pro Zat12:luciferase[WT(LUC)],并对其进行EMS诱变,通过正向遗传学方法筛选新的参与ABA信号、调控Zat12表达的组分,主要结果如下:(1)荧光增强突变体筛选。在WT(LUC)经EMS诱变的突变体中筛选到一个ABA处理前后LUC活性均高于WT(LUC)的突变体。q RT-PCR分析表明,突变体中LUC及Zat12转录水平表达量高于WT(LUC)。说明突变基因负调控Zat12的表达。(2)图位克隆及全基因组测序表明突变体突变基因为At1G08030(TPST),将筛选到的突变体命名为tpst-3。T-DNA插入突变体tpst-1、tpst-2及互补株系tpst-2com分析进一步确定TPST基因突变导致tpst-3中Zat12表达量上调。(3)表型分析发现,TPST功能缺失突变体tpst-1、tpst-2、tpst-3对ABA超敏感,且互补株系表型恢复,说明TPST负调控ABA信号。此外,tpst对山梨醇产生的渗透胁迫超敏感,表明TPST也是渗透胁迫所需的基因。(4)WT和tpst-1中ABA响应基因的表达量检测结果表明,tpst-1中ABA响应基因的表达量均显著高于WT。说明TPST作为负调控因子参与ABA信号。(5)拟南芥中过量表达TPST不影响Zat12的表达和对ABA的响应。(6)q RT-PCR及western blot分别证明TPST转录水平、蛋白水平受ABA诱导表达上调,说明TPST响应ABA。(7)LCI、Bi FC及pull-down实验证明TPST与Sn RK2.2/2.3/2.6互作,LCI实验证明TPST特异地与Sn RK2亚家族互作,不与Sn RK1、Sn RK3亚家族互作。Sn RK2.2与高尔基体定位的蛋白存在共定位,说明TPST与Sn RK2.2的互作极有可能发生在高尔基体。(8)为了验证TPST与Sn RK2.2/2.3/2.6的上下游关系,构建了tpst-1snrk2.2/2.3/2.6四突变体。tpst-1snrk2.2/2.3/2.6抑制了tpst-1对ABA超敏感的表型,子叶展开和主根生长对ABA不敏感,与snrk2.2/2.3/2.6表型相似,说明TPST通过Sn RK2.2/2.3/2.6参与ABA信号。体外磷酸化实验证明TPST不能被Sn RK2.6磷酸化。上述结果表明TPST位于Sn RK2.2/2.3/2.6上游参与ABA信号。(9)体外实验证明TPST将Sn RK2.2/2.3/2.6酪氨酸磺基化。(10)通过cell-free系统检测了TPST是否影响Sn RK2.2/2.3/2.6蛋白的稳定性。将原核诱导纯化的Sn RK2.2/2.3/2.6-GST分别与tpst-1、WT总蛋白孵育,结果表明tpst-1中蛋白的降解速率显著慢于WT。利用anti-Sn RK2.2/2.3/2.4/2.6/2.9/2.10抗体检测内源Sn RK2s的降解速率,发现tpst-1体内Sn RK2s降解速率也慢于WT。分别在WT和tpst-1中稳定表达pro Sn RK2.2:Sn RK2.2-GFP,ABA处理6h后,Sn RK-GFP的蛋白含量在pro Sn RK2.2:Sn RK2.2-GFP/WT转基因株系中低于pro Sn RK2.2:Sn RK2.2-GFP/tpst-1转基因株系。体内和体外实验均证明TPST促进Sn RK2s降解,并且ABA处理后,TPST也促进Sn RK2s降解。(11)ABA处理诱导Zat12表达上调,但是snrk2.2/2.3/2.6三突中Zat12的上调受抑制,即Sn RK2.2/2.3/2.6正调控ABA信号中Zat12的表达。说明tpst突变体中Sn RK2.2/2.3/2.6蛋白量增加导致Zat12表达量升高。本研究鉴定到拟南芥TPST新的底物蛋白——Sn RK2s,并发现TPST可以促进该蛋白的降解,首次解析了TPST作为负调控因子参与ABA信号的分子机理。
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