Nature Plants | 薛红卫团队揭示生长素极性运输的调控新机制

科技工作者之家 2020-05-13

来源:BioArt植物

长期的固着生活使植物进化出了高度的生长发育可塑性,植物激素生长素通过极性运输 (polar transport) 在体内呈现不对称分布,参与了不同生长发育过程如胚胎发育、维管组织发育和植物分枝等的调控,生长素的分布还响应不同的环境信号,介导植物向性生长。生长素输出载体PIN (PIN-FORMED) 家族蛋白在细胞中呈现动态的极性定位,通过调控生长素分布参与多种生理活动的调节。
近日,中科院分子植物科学卓越创新中心/上海交通大学薛红卫课题组与奥地利科学技术研究院Jiří Friml 课题组合作发表了题为The lipid code-dependent phosphoswitch PDK1–D6PK activates PIN-mediated auxin efflux in Arabidopsis 的研究论文,阐明了磷脂分子通过PDK1激酶 (3′-Phosphoinositide-Dependent Protein Kinase 1) 调控生长素极性运输的分子机制。wt_a32302020514060709_db301a.jpg


PIN蛋白存在翻译后修饰,尤其是可以被多种蛋白激酶磷酸化,包括AGC家族成员PINOID、D6PK和PAX等。PINOID磷酸化PIN调控其极性定位,尽管生化研究表明PDK1可以磷酸化PINIOD,但其是否参与PIN介导的生长素极性运输仍不清楚。

在这项研究中,研究人员发现拟南芥pdk1.1 pdk1.2双突变体表现出多方面的生长发育缺陷,包括植株矮小、侧根缺失、子叶融合、叶脉不连续、黄化苗顶端弯钩不能闭合、向重力性减弱和向光性丧失等,通过分析生长素报告基因DR5rev::GFP和生长素向基性运输的直接测定表明,pdk1.1 pdk1.2 中生长素运输减慢。

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Loss of function of PDK1.1 and PDK1.2 attenuates Arabidopsis growth and development.
细胞学观察表明,PDK1.1和PDK1.2定位于细胞质和细胞膜上,在膜上呈现明显的极性分布。生化分析表明,与动物PDK1结合PdtIns(3,4,5)P3不同,PDK1.1和PDK1.2可以结合多种不同的磷脂分子,且这种结合对PDK1.1和PDK1.2的极性定位非常重要。遗传和生化分析表明,PDK1.1和PDK1.2可以直接磷酸化并激活D6PK蛋白激酶,D6PK进一步磷酸化并激活PIN介导的生长素极性运输,调控植物的生长发育过程。wt_a32302020514060710_e07886.jpg
The proposed model for the PDK1–D6PK module in regulating PIN-dependent auxin transport.
因此,该研究证明了植物PDK1在细胞中的极性定位,阐明了其磷酸化并激活AGC家族D6PK亚类蛋白激酶、进而调控生长素极性运输的机制,为生长素作用机理以及生长素如何响应磷脂介导的环境信号提供了重要线索。
谭树堂博士是该论文的第一作者,薛红卫教授和Jiří Friml教授为通讯作者。捷克科学院Jan Petrášek教授及其团队、维也纳农业大学的科研人员也参与了研究工作。该研究得到了万人计划、欧盟研究基金会高等研究项目、欧洲分子生物学组织和中国留学基金委的资助


论文链接 :

https://doi.org/10.1038/s41477-020-0648-9

来源:bioartplants BioArt植物

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