EMBO J|中農楊淑華團隊揭示低溫誘導植物鈣信號產生的分子機制

2021-01-15 BioArt生物藝術

#BioArt植物#

責編 | 奕梵

12月29日，中國農業大學楊淑華課題組在國際學術期刊 The EMBO Journal 在線發表題為The calcium transporter ANNEXIN1 mediates cold-induced calcium signaling and freezing tolerance in plants的研究論文。該研究不僅揭示了低溫誘導特異鈣信號的產生機理，還發現蛋白激酶OST1通過調控鈣離子轉運蛋白AtANN1活性從而放大低溫誘導的鈣信號。

鈣離子 (Ca2+) 在植物生長發育以及響應不同環境刺激等方面發揮重要作用。不同刺激下細胞質游離鈣離子濃度 ([Ca2+]cyt) 的變化在強度、頻率、振幅、持續時間以及空間分布等方面存在特異性差異，即Ca2+信號。上世紀九十年代，研究人員發現低溫引起[Ca2+]cyt 瞬時增加，進而激活低溫響應基因表達 (Knight et al., Plant Cell, 1996)。然而，關於低溫是如何誘導Ca2+信號的產生機理尚不清楚。

楊淑華課題組通過生物化學、分子遺傳學及電生理學等手段發現鈣離子轉運蛋白AtANN1在低溫誘導的鈣信號中發揮重要作用。研究結果表明，atann1缺失突變體中低溫誘導的[Ca2+]cyt顯著低於野生型，低溫關鍵轉錄因子CBFs及其下遊靶基因COR的基因表達水平降低，從而導致擬南芥耐受低溫的能力下降，說明AtANN1通過影響低溫介導的鈣信號的內流，調控CBF-COR依賴的低溫信號轉導通路，從而正調控擬南芥的耐凍性。

進一步研究發現，低溫信號途徑中重要蛋白激酶OST1參與低溫誘導鈣信號的調控。電生理結果表明，ATANN1具有Ca2+轉運活性，低溫激活的OST1通過磷酸化AtANN1蛋白的第289位Ser增強其Ca2+轉運活性和Ca2+結合能力，進而調控低溫介導的Ca2+信號的產生 (圖1)。綜上所述，該研究揭示了低溫誘導植物鈣信號產生的分子機制。研究結果為揭示植物低溫鈣信號的產生機制以及鈣信號與植物耐凍性之間的關係提供了分子基礎。

圖1. OST1-AtANN1 調控植物響應低溫脅迫的分子模型

該研究在中國農業大學植物生理學與生物化學國家重點實驗室完成，楊淑華課題組博士研究生劉強波為第一作者，楊淑華教授為通訊作者。參與該研究工作的還包括：楊淑華課題組的丁楊林博士和施怡婷博士，中國農業大學郭巖教授及其課題組的馬亮博士，鞏志忠教授和王毅教授，河南大學宋純鵬教授，英國劍橋大學Julia M. Davies教授、Katie A. Wilkins博士，以及英國杜倫大學Heather Knight副教授和Marc R. Knight教授。該研究得到國家自然科學基金和北京市優秀學科建設等項目的資助。

論文連結：

https://www.embopress.org/doi/epdf/10.15252/embj.2020104559

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