示植物能量感受器SnRK1促進氣孔發育的分子機理被發現

2020-09-03 BioArt植物

Nature Comm | 山東大學白明義課題組揭示植物能量感受器SnRK1促進氣孔發育的分子機理


責編 | 奕梵


植物SnRK1 [sucrose non-fermenting-1 (SNF1)-related kinase 1] 蛋白激酶與酵母SNF1以及哺乳動物AMPK在結構具有較高的同源性，並且功能非常保守，作為能量感受器參與環境和細胞脅迫響應。植物在生長發育過程中，其體內碳水化合物往往隨著發育狀態和環境的變化而變化。植物通過感應碳水化合物的變化，調控SnRK1的激酶活性；同時，SnRK1蛋白激酶能控制下遊與能量相關的關鍵代謝酶類的酶活，反饋調控植物碳水化合物水平，來進一步調控植物生長發育和適應周圍環境。但SnRK1如何響應外界環境刺激和激素信號，以及激活的SnRK1如何調控植物生長發育和能量穩態，目前都還不清楚。


2020年8月25日，山東大學生命科學學院白明義研究組在Nature Communications在線發表了題為KIN10 Promotes Stomatal Development through Stabilization of the SPEECHLESS Transcription Factor的研究論文。該研究在模式植物擬南芥中揭示了植物能量感受器SnRK1複合體的催化亞基KIN10介導植物內源能量水平調控植物氣孔發育的分子機制。



該研究發現，擬南芥在弱光，短日照和液體培養等條件下，氣孔發育被顯著抑制，此時外源施加的糖類可以有效促進植物氣孔發生。在這些條件下植物能量感受器SnRK1複合體的催化亞基KIN10突變體kin10造成氣孔指數降低，而KIN10的過表達材料KIN10-Ox表現為氣孔指數升高。進一步研究表明，外源施加蔗糖可以促進KIN10蛋白質的翻譯。同時，KIN10蛋白質具有在擬南芥表皮氣孔發育進程細胞中特異的核定位現象，並且與氣孔發育核心轉錄因子SPEECHLESS(SPCH)相互作用，磷酸化SPCH提高SPCH的蛋白穩定性，進而促進氣孔發育。


KIN10調控氣孔發育分子模型


山東大學白明義教授課題組常年研究植物激素油菜素內脂調控植物適應性的分子機理研究，近期他們取得系列研究進展包括：油菜素內脂調控植物幼苗出土（Tian et al., 2018, Nature Communications; Wang et al., 2020, Plant Cell）；油菜素內脂調控氣孔中碳水化合物含量調控氣孔運動（Li et al., 2020, Plant Cell）。該最新發表的研究論文是白明義課題組研究油菜素內脂調控植物葉片碳水化合物代謝進而調控氣孔發育的一部分。該工作的完成為解析油菜素內脂通過調控植物碳水化合物代謝調控氣孔運動和發育來調控植物光合作用和環境適應性奠定了紮實的基礎。


山東大學為該工作的第一完成單位，山東大學的助理研究員韓超博士為該論文第一作者，浙江省農業科學院鄧志平研究員，新加坡國立大學On Sun Lau教授以及比利時根特大學-弗蘭德斯生物技術研究中心的Geert De Jaeger教授參與了該工作，山東大學的白明義教授為該論文的唯一通訊作者。該研究得到國家自然科學基金，山東省自然科學基金和山東大學自主創新基金和青年交叉創新群體項目的資助。


論文連結：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18048-w

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