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盐碱胁迫下拟南芥14-3-3蛋白对蛋白激酶SOS2和PKS5调控的研究

杨志佳  
【摘要】:盐胁迫是一种自然界中广泛存在的非生物胁迫,它抑制植物生长并降低作物的产量。在植物中SOS(Salt-Overly-Sensitive)信号途径非常保守并在盐碱胁迫下调节钠离子稳态中起重要作用。SOS信号途径中SOS3和SCaBP8是钙结合蛋白,SOS2是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,SOS1为质膜Na+/H+反向转运蛋白。在盐胁迫条件下,SOS3和SCaBP8感知盐胁迫诱导的钙信号,与蛋白激酶SOS2相互作用并激活蛋白激酶SOS2,激活的SOS2被招募到质膜,进而激活SOS1 Na+/H+反向转运活性。然而,关于在正常条件(非盐胁迫:)下,SOS途径是如何被调节的,目前仍知之甚少。以前的研究发现,在正常条件下,14-3-3λ/κ(以下简称14-3-3)可以与Ser294位点磷酸化修饰后的SOS2结合并抑制SOS2激酶活性。但是,正常条件下磷酸化修饰SOS2 Ser294位点的激酶并不清楚;盐胁迫下14-3-3如何解除对SOS2激酶活性的抑制,其调控机制也不清楚。本文研究发现,正常条件下PKS5蛋白激酶与SOS2存在相互作用并磷酸化修饰SOS2 Ser294位点。体内磷酸化实验表明,PKS5负调节SOS2的激酶活性。SOS 1和SOS2共表达酵母系统显示,PKS5通过磷酸化SOS2中的Ser294位点增强了 14-3-3蛋白对SOS2激酶活性的抑制作用。非损伤微测实验表明,盐诱导的Na+外排在PKS5激酶活性组成型增强的两个突变体(pks5-3和pks5-4)中降低,在pks5-4中过表达SOS2S294A可部分回复pks5-4的盐敏感表型,由此可见,PKS5通过对SOS2 Ser294位点的磷酸化负调节拟南芥的盐胁迫耐受性。研究也发现,14-3-3λ与PKS5的激酶结构域相互作用,盐胁迫会增强14-3-3和PKS5的相互作用并抑制PKS5活性。当植物受到盐胁迫时,细胞质钙离子浓度升高,其可被SOS3和SCaBP8识别,然后SOS3和SCaBP8激活SOS2的激酶活性,SOS2进而激活SOS1 Na+/H+反向转运活性。研究发现,盐胁迫下,PKS5激酶活性被抑制,进而释放质膜H+-ATPase活性,为建立跨膜质子梯度以驱动Na+/H+反向转运活性。由盐胁迫引起而释放钙信号可能被未知的钙结合蛋白识别,进而抑制PKS5的激酶活性,14-3-3蛋白包含钙结合结构域,可以与钙离子结合。因此,我们推测盐胁迫下,升高的钙信号可能被14-3-3识别,14-3-3 一方面与SOS2的结合减弱,解除对SOS2的抑制,另一方面,14-3-3可能与PKS5相互作用,抑制PKS5的激酶活性。体外钙结合实验表明,14-3-3与钙离子结合后,其与SOS2的结合减弱,与PKS5的结合增强。并且观察到,与野生型相比,14-3-3λκ双突变体的质膜H+-ATPase活性下降,由于14-3-3λκ中PKS5激酶活性升高,14-3-λκ表现出对高pH敏感的表型。由于在14-3-3λκ中,14-3-3解除了对SOS2活性的抑制,14-3-3λκ的Na+/H+反向转运活性高于野生型,14-3-3λκ表现出耐盐表型。研究结果表明,14-3-3在调节植物的盐、碱胁迫中起着十分重要的作用。本文的研究发现,正常条件下PKS5磷酸化修饰SOS2 Se1294位点使14-3-3与SOS2结合并抑制其激酶活性。在盐胁迫下,盐诱导的钙信号被14-3-3蛋白识别并解码,14-3-3减弱了与SOS2的相互作用并释放了 SOS2的激酶活性,同时,钙离子增强了 14-3-3和PKS5的互作,进而抑制PKS5活性,解除了对SOS2和质膜H+-ATPase活性的抑制。结果表明,盐诱导的钙信号由14-3-3和SOS3/SCaBP8蛋白解码,它们通过选择性激活/抑制下游蛋白激酶SOS2和PKS5来协调质膜Na+/H+反向转运蛋白和质膜H+-ATPase活性以调节细胞中Na+稳态。


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