中科院遺傳發育所謝旗研究組揭示ABA信號調控新機制

2020-09-17 BioArt植物

Mol. Plant | 中科院遺傳發育所謝旗研究組揭示ABA信號調控新機制


來源 | 遺傳發育所

編輯 | 王一，BioArt植物


脫落酸（Abscisic acid, ABA）作為主要的植物激素之一，參與植物的生長發育和各種生物和非生物脅迫應對過程。在環境脅迫下，植物細胞中的ABA含量增多，是植物感受和應對外界環境的信號。因此，通過對ABA信號轉導通路分子機理的深入探索和研究，有望進一步發掘相關功能基因，培育出抗旱耐鹽等優良性狀的作物。


中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗研究組和西班牙Pedro L. Rodriguez實驗室前期的研究工作分別發現，參與內膜運輸途徑的ESCRTs（Endosome Sorting Complex Required for Transports）複合體組分VPS23A和FYVE1/FREE1，通過識別ABA受體PYL4，能夠介導ABA受體進入內膜運輸途徑，從而進入液泡中進行降解，最終影響ABA受體的定位和蛋白穩定性（Belda-Palazon et al., 2016; Yu et al., 2016）。


在研究VPS23A參與調控ABA信號途徑的過程中，謝旗研究組發現，ABA處理同時也影響了VPS23A的穩定性，從而啟動了植物ESCRT複合體組分蛋白穩定性這個空白領域的研究。近日，該研究組在Molecular Plant 發表了題為ESCRT-I Component VPS23A Is Targeted by E3 Ubiquitin Ligase XBAT35 for Proteasome-Mediated Degradation in Modulating ABA Signaling的研究論文，進一步揭示了ESCRT複合體在ABA信號接收中的響應和調控機制。



該研究發現，ESCRT複合體組分VPS23A能通過26S蛋白酶體途徑降解，並且其能夠被K48位連接的泛素鏈修飾。K48位連接的泛素鏈修飾往往導致被修飾蛋白進入26S蛋白酶體途徑進行降解。通過IP/LC-MS-MS的方法，鑑定到一個與VPS23A互作的候選蛋白XBAT35。XBAT35是一個RING類型的E3泛素連接酶，它能夠與VPS23A相互作用。xbat35突變體在子葉變綠和根長生長方面表現出對ABA不敏感的表型，並且在乾旱處理下，植株存活率下降；這與vps23a突變體的表型相反，暗示著XBAT35作為一個E3泛素連接酶有可能通過泛素化修飾而負調控VPS23A蛋白穩定性。


一系列生化實驗證明，XBAT35的確能夠促進VPS23A蛋白的降解，並且XBAT35能夠直接介導VPS23A的K48連接的泛素鏈修飾。因此，VPS23A是XBAT35的一個降解型泛素底物蛋白。進一步實驗表明，ABA促進XBAT35對VPS23A的降解作用，從而釋放VPS23A對PYL4蛋白的抑制作用，幫助植物激活ABA信號通路以應對外界環境脅迫（下圖）。


圖 XBAT35通過調控VPS23A/PYL4複合體參與ABA信號通路


綜上所述，該研究進一步闡明了ESCRT複合體在ABA信號接收中的響應和調控機制，並揭示了植物中兩條主要的蛋白降解途徑（ESCRT複合體參與的內膜運輸降解途徑和泛素蛋白酶體降解途徑）通過影響ABA受體蛋白水平而精細調節ABA信號的激活和去激活的分子機理。


中國科學院遺傳與發育生物學研究所助理研究員於菲菲和博士生曹孝強為該論文的共同第一作者，謝旗研究員和於菲菲助理研究員為共同通訊作者。該工作得到國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金委項目的資助。


原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.09.008

相關焦點

  • 遺傳發育所謝旗研究組發表「泛素化修飾調控植物低磷脅迫響應」的...
    近期，中國科學院大學研究生導師，中科院遺傳發育所謝旗研究員應邀總結發表了泛素化修飾調控植物低磷脅迫響應的綜述文章Regulation of ubiquitination is central to phosphate starvation response。
  • 遺傳發育所等發現植物26S蛋白酶體組裝參與鹽脅迫應答新機制
    遺傳發育所等發現植物26S蛋白酶體組裝參與鹽脅迫應答新機制 2018-11-07 遺傳與發育生物學研究所 【字體　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗研究組通過系統地比較鹽脅迫和未經脅迫處理的擬南芥幼苗純化的20S蛋白酶體的亞基，發現鹽脅迫增加了20S蛋白酶體中β5亞基
  • 遺傳發育所研究組聯合揭示蛋白聚集體選擇性自噬調控的新機制
    細胞生物學著名期刊The Journal of Cell Biology於2017年4月12日以Article形式在線發表了中國科學院大學研究生導師、中科院遺傳發育所楊崇林及其研究組和中國科學院大學崗位教授、中科院遺傳發育所郭偉翔及其研究組合作的研究論文「The BEACH-containing protein WDR81 coordinates
  • 遺傳發育所發現泛素蛋白酶體系統調控免疫受體的穩定性
    中國科學院遺傳與發育生物學研究所沈前華研究組與謝旗研究組合作，鑑定大麥中的一個新的E3泛素連接酶與大麥多個MLA受體互作，並泛素化免疫受體蛋白，通過UPS系統介導對MLA　　研究結果近期在線發表在《植物生理學》（Plant Physiology）雜誌上（DOI:10.1104/pp.16.01520），沈前華研究組已畢業博士研究生王濤為第一作者，該研究獲得科技部和中科院項目的資助。
  • 植物所揭示植物中O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控發育新機制
    在植物中，這種動態的蛋白糖基化與磷酸化修飾調節植物春化作用介導的開花過程，而O-GlcNAc信號與組蛋白表觀遺傳調控的關係尚不清楚。　　該研究揭示了植物體內一種新的蛋白O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控開花的機制，並且建立了組蛋白甲基轉移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發育過程的新功能。
  • 中科院遺傳發育所等發現基礎轉錄因子可以特異調控脂類代謝
    脂滴的大小和動態調控與細胞的功能和代謝狀態息息相關。前人的研究在不同模式系統中發現了許多影響脂類儲存和脂滴動態變化的分子機制，但是人們對脂類儲存和脂滴動態調控的了解仍然不夠透徹。中國科學院遺傳與發育生物學研究所黃勳研究組前期的工作發現磷脂酸PA，脂滴表面PAT家族蛋白與脂酶互作調節脂滴大小（PLoS Genetics 2011，J Cell Science 2012），胞嘧啶二脂醯甘油合成酶（Cds）協調細胞的脂類儲存與生長（PLoS Genetics 2014），以及細胞內的鈣穩態調節脂類儲存（Cell Metabolism 2014）。
  • 遺傳發育所等發現增強子調控茉莉酸信號途徑的機理
    中國科學院遺傳與發育生物學研究所李傳友研究組與王秀傑研究組、山東農業大學趙久海研究組合作，系統鑑定了參與茉莉酸信號途徑的增強子並揭示了其作用機理。防禦激素茉莉酸通過啟動全基因組範圍內的轉錄重編程調控植物免疫和適應性生長。李傳友研究組前期的研究發現茉莉酸介導的轉錄重編程主要由核心轉錄因子MYC2控制，而MYC2的功能取決於其與中介體亞基MED25的相互作用。
  • 研究發現泛素信號調控哺乳動物青春期發育起始表觀遺傳學機制以及...
    近日，國際學術期刊National Science Review 雜誌發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心 (上海生物化學與細胞生物學研究所) 胡榮貴研究組、中科院上海營養與健康研究所李亦學研究組與中科院蘇州生物醫學工程與技術研究院高山課題組合作的題為
  • 遺傳發育所茉莉酸信號通路轉錄調控機理研究獲進展
    激素在植物生長發育和對環境適應性的調控中發揮重要作用。茉莉酸、生長素、赤黴素、水楊酸等植物激素的受體定位於細胞核內，與轉錄調控緊密偶聯。因此，解析激素信號介導的轉錄調控網絡對於理解植物激素信號的動態響應過程及作用機理具有重要意義。
  • 遺傳發育所茉莉酸信號通路轉錄調控機理研究獲進展
    激素在植物生長發育和對環境適應性的調控中發揮重要作用。茉莉酸、生長素、赤黴素、水楊酸等植物激素的受體定位於細胞核內，與轉錄調控緊密偶聯。因此，解析激素信號介導的轉錄調控網絡對於理解植物激素信號的動態響應過程及作用機理具有重要意義。
  • 中科院植物所揭示植物鹽脅迫「記憶」調控新機制
    記者日前從中國科學院植物研究所獲悉，該所研究員華學軍研究組與研究員金京波研究組合作，針對植物鹽脅迫「記憶」的調控機制展開了研究，相關論文在線發表在
  • 中科院植物所揭示種子休眠與萌發的表觀遺傳調控機制
    種子休眠與萌發是植物由生殖生長過渡到營養生長的重要發育轉變進程，涉及大量基因的激活或者沉默。組蛋白修飾介導的表觀遺傳基因轉錄調控可能在其中發揮關鍵作用，但其分子機制尚不完全清楚。 中國科學院植物研究所劉永秀研究組利用遺傳和生理生化等手段，揭示了擬南芥SNL1和SNL2調控種子休眠和萌發的分子機制。2013年，研究人員發現SNL1能夠結合組蛋白去乙醯化酶HDA19，調控組蛋白H3K9K18的乙醯化水平，影響基因轉錄。
  • 上海科學家揭示染色質修飾調控植物基因表達的新機制
    原標題：上海科學家揭示染色質修飾調控植物基因表達的新機制　　植物沒法靠遷徙躲避不利的自然困境，它們又是如何適應環境開花結果的呢？8月6日，中科院分子植物科學卓越創新中心植物分子遺傳國家重點實驗室何躍輝研究組，和杜嘉木研究組合作，分別在國際知名期刊《自然·遺傳學》上背靠背發表研究論文。
  • 遺傳發育所研究組在蛋白質翻譯後修飾調控植物脅迫反應研究中取得...
    甲基化修飾與一氧化氮(nitric oxide; NO)依賴的亞硝基化修飾是高度保守的蛋白質翻譯後修飾，這兩類修飾參與調控眾多生物學過程，包括調控非生物脅迫反應。但二者調控非生物脅迫的分子機制不甚清楚。
  • 植物所金京波研究組揭示SUMO化修飾調控植物遠紅光信號的新機制
    遠紅光調控植物種子萌發、下胚軸伸長、開花時間和花青素積累等生物學過程。植物通過遠紅光受體phytochrome A（phyA）感知遠紅光信號。FAR-RED ELONGATED HYPOCOTYL 1（FHY1)轉運光激活的phyA到細胞核，起始遠紅光信號。
  • 水生所揭示Nanog控制母源β-catenin活性和保護胚胎發育的新機制
    水生所揭示Nanog控制母源β-catenin活性和保護胚胎發育的新機制 2020-08-17 水生生物研究所  　　該研究以斑馬魚為模型，通過基因敲降、基因敲除、蛋白互作、遺傳拯救等手段，揭示Nanog調控早期胚胎發育的新機制：在背側細胞中，母源提供的β-catenin佔優勢地位，其與TCF7結合，激活母源
  • 遺傳發育所水稻次生壁形成調控機理研究獲進展
    遺傳發育所水稻次生壁形成調控機理研究獲進展 2017-11-28 遺傳與發育生物學研究所 【　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所周奕華研究組利用CRISPR/Cas9基因編輯技術創製iip4突變體，發現其突變體次生壁厚度明顯增加，纖維素和木質素含量略有上升，表明IIP4負調控水稻次生壁的合成。
  • 朱健康院士等揭示SnRK2蛋白激酶調控miRNA合成的新機制—新聞...
    朱健康院士等揭示SnRK2蛋白激酶調控miRNA合成的新機制III型核糖核酸酶DCL1、鋅指蛋白SE以及雙鏈RNA結合蛋白HYL1是miRNA合成複合體的核心組分。已知植物激素脫落酸和滲透脅迫應答途徑能夠影響miRNA的積累，但詳細的分子機制並不清楚。 朱健康研究組發現植物激素脫落酸和滲透脅迫應答途徑的核心組分SnRK2蛋白激酶能調控miRNA合成途徑中的核心組分，並調控miRNA的合成。
  • PNAS:Wnt信號通路的表觀遺傳調控新機制
    1月31日，國際知名學術期刊 PNAS 在線發表了中科院上海生科院生化與細胞所李林研究組的最新研究成果。在這項工作中，李振斐和聶芬等人闡明了組蛋白H4第20位賴氨酸甲基轉移酶SET8在Wnt信號通路激活過程中發揮的功能及其作用機制。Wnt信號通路是生物早期發育過程中一個保守的信號通路。Wnt信號的紊亂會引發腫瘤等多種疾病的產生。
  • 新加坡國立大學俞皓教授團隊揭示父母本協同調控種子大小的新機制
    因此，印記基因是否是親本協調調控種子發育的決定性機制，以及是否有其他機制參與調控父母本協同影響種子發育還仍然未知。遺傳分析表明，小種子突變體ttg2-6可以完全抑制top1α-10和upf1-1 的大種子表型，暗示TTG2位於TOP1α和UPF1的信號下遊。