植物通過亮氨酸富集重複受體樣激酶感知醌

2021-01-10 科學網

植物通過亮氨酸富集重複受體樣激酶感知醌

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/9/4 16:10:49

日本理化研究所Ken Shirasu團隊發現，植物通過亮氨酸富集重複受體樣激酶感知醌。這一研究成果於2020年9月2日在線發表在《自然》上。

研究人員表示，醌在生活的所有生物界中產生並被感知。植物是醌的主要生產者，但是醌在植物中作為信號傳導劑的作用仍然未知。醌的一個已知作用是在寄生於根中的植物中誘導吸根（特殊的進食結構），這在宿主來源的醌化合物2,6-二甲氧基-1,4-苯醌（DMBQ）存在下發生，但是，尚不清楚寄生植物如何感測DMBQ，以及非寄生植物是否能夠感測醌。

 

研究人員使用擬南芥和DMBQ作為模式植物和醌，發現DMBQ信號通過提高胞質Ca2+濃度而在擬南芥中發生。研究人員在擬南芥中進行了正向遺傳篩選，從而分離了對DMBQ無反應的突變體，研究人員將其命名為card1 (cannot respond to DMBQ 1)。CARD1（At5g49760，也稱為HPCA1）基因編碼一種亮氨酸富集重複受體樣激酶，在陸地植物中高度保守。在擬南芥中，DMBQ觸發與防禦相關的基因表達，而card1突變體顯示出對細菌病原體的免疫受損。在松蒿（Phosirospermum japonicum，一種寄生根的植物）中，DMBQ會在根中啟動Ca2+信號傳導，並且對於吸根的發育非常重要。

 

此外，這種寄生植物的CARD1同源物在card1突變體中回補了DMBQ誘導的胞質Ca2+濃度升高。這些結果表明，與動物和細菌不同，植物使用富含亮氨酸的重複受體樣激酶來傳遞醌信號。這項工作提供了對醌信號和CARD1功能在植物中作用的見解，並有助於人們更好地了解寄生植物在形成吸根期間以及非寄生植物在植物免疫中所使用的信號傳導途徑。

 

附：英文原文

Title: Quinone perception in plants via leucine-rich-repeat receptor-like kinases

Author: Anuphon Laohavisit, Takanori Wakatake, Nobuaki Ishihama, Hugh Mulvey, Kaori Takizawa, Takamasa Suzuki, Ken Shirasu

Issue&Volume: 2020-09-02

Abstract: Quinones are produced and sensed in all kingdoms of life1,2,3,4. Plants are primary producers of quinone1,2, but the role of quinone as a signalling agent in plants remains largely unknown. One well-documented role of quinone is in the induction of haustoria (specialized feeding structures) in plants that parasitize roots, which occurs in the presence of the host-derived quinone compound 2,6-dimethoxy-1,4-benzoquinone (DMBQ)5. However, how parasitic plants sense DMBQ remains unclear, as is whether nonparasitic plants are capable of sensing quinones. Here we use Arabidopsis thaliana and DMBQ as a model plant and quinone to show that DMBQ signalling occurs in Arabidopsis via elevation of cytosolic Ca2+ concentration. We performed a forward genetic screen in Arabidopsis that isolated DMBQ-unresponsive mutants, which we named cannot respond to DMBQ 1 (card1). The CANNOT RESPOND TO DMBQ 1 (CARD1; At5g49760, also known as HPCA1) gene encodes a leucine-rich-repeat receptor-like kinase that is highly conserved in land plants. In Arabidopsis, DMBQ triggers defence-related gene expression, and card1 mutants show impaired immunity against bacterial pathogens. In Phtheirospermum japonicum (a plant that parasitizes roots), DMBQ initiates Ca2+ signalling in the root and is important for the development of the haustorium. Furthermore, CARD1 homologues from this parasitic plant complement DMBQ-induced elevation of cytosolic Ca2+ concentration in the card1 mutant. Our results demonstrate that plants—unlike animals and bacteria—use leucine-rich-repeat receptor-like kinases for quinone signalling. This work provides insights into the role of quinone signalling and CARD1 functions in plants that help us to better understand the signalling pathways used during the formation of the haustorium in parasitic plants and in plant immunity in nonparasitic plants.

DOI: 10.1038/s41586-020-2655-4

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2655-4

相關焦點

  • 日內瓦大學Michael Hothorn研究團隊:植物受體激酶GSO1/SGN3和GSO2識別序列擴增CIF肽的分子機制
    文 | Mandy  編 | Bess日內瓦大學Michael Hothorn研究團隊：植物受體激酶GSO1/SGN3和GSO2識別序列擴增並對之前未被GSO1/SGN3和GSO2識別的CIF肽做了研究，揭示了GSO1和GSO2需要SERK共受體激酶來激活受體。      植物利用富含亮氨酸的重複受體激酶(LRR-RKs)來感受細胞表面不同肽激素的序列。LRR-RKGSO1/SGN3的A3.0-Å晶體結構調節內皮層的卡氏帶(Casparian strip)形成，顯示出一個大的螺旋形胞外域。
  • Plant Cell | 藍藻與植物有著不同的光系統活性平衡機制
    譯：Qin Wang, TPC Assistant Features EditorCalzadilla等人在The Plant Cell發表了題為「The Cytochrome b6f Complex is Not Involved in Cyanobacterial State Transitions
  • Trends in Plant Science 綜述 | 穀子(Foxtail Millet): 一個新的C4模式植物
    然而，擬南芥和水稻都是C3植物，因此不能用於研究C4植物相關性狀，如通過Hatch-Slack途徑高效固定CO2等。雖然C4植物只佔開花植物種類的一小部分(~3%)，但它們佔了大約25%的陸地初級生產力和30%的全球農業糧食產量。
  • NEK6激酶調控植物生長及脅迫反應
    中國科學院遺傳與發育生物學研究所基因組生物學研究中心張勁松實驗室和陳受宜實驗室研究發現，NEK6激酶調控植物生長及脅迫反應和乙烯合成。
  • 苟小平|受體激酶調控根端分生組織最新綜述
    植物受體激酶（Receptor-like protein kinase, RLK）是位於細胞質膜上的信號原初感應器，它們能夠感知植物激素和小肽等信號來介導胞間通訊。所以，受體激酶介導的根端分生組織穩態維持一直是植物發育生物學領域研究的熱點問題。
  • Cell重磅:朱健康院士綜述植物非生物脅迫信號轉導
    作為固定的生物,植物必須適應土壤鹽鹼害、乾旱以及極端溫度等非生物脅迫。植物主要脅迫信號途徑與酵母SNF1激酶和哺乳動物AMPK激酶有關,顯示這些途徑可能由能量感知途徑進化而來。脅迫信號通過調控離子和水的運輸,代謝和轉錄重組過程中的關鍵蛋白以維持脅迫條件下離子和水的動態平衡,保持細胞的穩定。
  • 文獻閱讀分享(複試專業英語向)|植物非生物脅迫信號轉導及應答5(ER Stress)
    生物和非生物脅迫都會引起蛋白質錯誤摺疊或未摺疊蛋白質的積累，這能被內質網膜上由特定的感受蛋白所感知並產生內質網脅迫。via   通過PKR-like  類PKR（蛋白激酶R）的    蛋白激酶R是一種先天免疫因子通過蛋白激酶R樣內質網激酶elF2a，對內質網脅迫的感知會導致一些編碼分子伴侶以及與增強蛋白摺疊能力、調控內質網相關降解（ERAD）或抑制蛋白質翻譯相關基因的表達，從而降低加載到內質網上的新合成蛋白質的總量。
  • 系統總結植物免疫泰鬥Jonathan Jones課題組近5年研究進展!
    Cf-9編碼一個富含亮氨酸重複單元 (Leucine-rich repeat, LRR)類受體蛋白 (Receptor Like Proteins , RLP) (Jones et al., 1994)。
  • 多次的全基因組重複事件可能促成古代和近代蕨類植物的崛起
    蕨類植物起源於約4億年前，是維管植物第二大類群。在被子植物出現前，蕨類在古地球植被中佔據主導地位，而現代蕨類植物儘管沒有被子植物的多樣性豐富，仍在當前生態系統中佔有重要地位。本研究中，作者利用近期該實驗室建立的蕨類植物物種關係，通過分析大批基因家族進化樹，檢測到19個蕨類全基因組重複事件，並確定了相關蕨類植物類群。
  • Cell:通過分析受感染細胞的全局磷酸化圖譜,揭示現有的激酶靶向...
    一旦蛋白產生，酶可以通過對它的結構進行化學修飾來改變它的活性。比如，磷酸化---一種叫做激酶的酶在蛋白上添加一個磷酸基團---在調節許多細胞過程中起著關鍵作用，包括細胞與細胞之間的通信、細胞生長和細胞死亡。通過改變宿主蛋白中的磷酸化模式，病毒有可能促進自身傳播到其他細胞，最終傳播到其他宿主。
  • 植物對外力具有感知能力
    最早發現植物對外力具有感知能力的實驗非常簡單，基本原理如下圖：通過這個簡單的實驗，很容易發現無論蠶豆苗用什麼角度種在土壤裡，它們的根永遠都指向地心，於是相對於「向光性」，根的「向地性」也被提了出來。當時普遍認為，原來植物自帶「頂天立地」的屬性。
  • Nature重磅:乳腺癌耐藥,可能與富含亮氨酸的飲食有關!
    「我們在實驗室的發現表明，降低亮氨酸水平會抑制腫瘤細胞的增殖，而增加亮氨酸水平則會增強癌細胞的增殖。」此外，這些發現也為低亮氨酸飲食可能帶來好處提供了證據。亮氨酸是構成人體所有蛋白質的20種胺基酸之一，也是必須通過食物獲得的9種必需胺基酸之一。牛肉、雞肉、豬肉和魚都富含亮氨酸。
  • 預測醌類化合物會佔3分左右,想穩拿就要看一看了
    今天我們來說說醌類化合物。醌類化合物比較特別，因為它的分值變化幅度非常大，15、17年都考了三分，但是16年只考了一分。再仔細觀察一下醌類化合物當中的考點分布，15年只考了何首烏一種藥物，其它都是醌類化合物的化學考點，從16年開始著重於常見藥物的成分以及是結構類型等，可以看出來，考核的方向慢慢向著實用性知識轉變。
  • ...糖尿病治療新途徑:丙酮酸激酶可同時改善胰島素分泌和胰島素抵抗
    關注我們，獲取更多相關資訊目前大家普遍認為胰腺細胞感知並控制血糖的方式是通過葡萄糖激酶（GK）介導氧化磷酸化（OxPhos），降低ADP水平，從而控制胰島素分泌所必需的質膜去極化【1】。這個過程始於丙酮酸，丙酮酸通過線粒體丙酮酸羧化酶（PC）進入三羧酸循環，產生草醯乙酸（OAA），OAA通過GTP依賴的線粒體磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PCK2）分解生成PEP，PEP通過丙酮酸激酶（PK）水解，使得胞質ADP減少，循環完成，這個過程刺激了胰島素的釋放（圖1）。於是作者提出問題：1）PK激活劑加速PEP循環在體內是否起作用？2）是否依賴於PCK2？3）胰島性能有沒有損傷？
  • 亮氨酸tRNA合成酶1以葡萄糖依賴性方式調控亮氨酸代謝
    亮氨酸tRNA合成酶1以葡萄糖依賴性方式調控亮氨酸代謝 作者：小柯機器人 發布時間：2019/11/29 12:40:02 亮氨酸tRNA合成酶1（LARS1）以葡萄糖依賴性方式調控亮氨酸代謝，這一成果由韓國國立首爾大學Sunghoon
  • 通過觸手感知味覺?章魚化學觸覺的分子基礎
    海洋環境中，由於許多信號分子難溶於水無法在水環境中擴散，海洋生物感知這些信息則需要通過不同形式的以接觸為基礎的化學感知方式來實現，章魚（Octopus）就是一個典型的通過接觸性依賴的化學感知方式實現環境感知的例子。章魚（Octopus）隸屬於軟體動物門、頭足綱、八腕目、章魚科，其神經系統複雜且2/3神經元分布在八條靈活的觸手中。
  • DNA依賴型蛋白激酶的結構圖
    3月11日《結構》（Structure）雜誌封面的圖片背景是一個DNA依賴型的蛋白激酶分子（DNA-PKcs）的冷凍電鏡圖，而前景則為該圖描繪出的亞納米級的DNA依賴型的蛋白激酶分子。DNA雙鏈斷裂被公認為由DNA依賴型的蛋白激酶決定，DNA依賴型蛋白激酶的催化亞基是通過調節非同源末端連接通路來修復DNA的雙鏈斷鏈的。 在最新研究中，Williams等人運用冷凍電鏡單粒子重建方法，以7Å的解析度測定了一個DNA依賴型蛋白激酶的結構。在此解析度下，DNA依賴型的蛋白激酶中的α-螺旋分子結構和雙鏈DNA末端的結合位點清晰可見。
  • 植物的方向感哪來的?植物是如何感知外力?科學家用實驗來告訴你
    實驗結束以後，奈特發現，在離心力的作用下，植物的根，是向著離心力的方向生長，植物的莖，向著相反的方向生長。這說明植物能對離心力做出反應。還有一個實驗，是把植物幼苗上下倒著放，結果呢，植物幼苗的根就重新定向，向下生長。可見，植物對重力也能做出反應。那麼，這兩個實驗結合起來，說明了什麼呢？它們一起證明了植物能夠感知外力，並且能對外力做出反應。