Nature Plants | PDK1蛋白激酶调控植物生长素运输的机制学术资讯

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PDK1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1）是真核生物中保守存在的一种丝氨酸/苏氨酸激酶，并且可以作为AGC激酶（对真核生物细胞的基础功能至关重要）的激活因子发挥作用【1】。PDK1功能的丧失对酵母、果蝇和小鼠等均具有致命性，但是在拟南芥中仅引起轻微的发育减缓【2】。拟南芥基因组中鉴定出高度同源的PDK1基因—PDK1和PDK2，而作为PDK1的体外作用底物之一，AGC1激酶PAX/AGC1.3（PROTEIN KINASE ASSOCIATED WITH BRX）的功能丧失突变体表现出由原生韧皮部的分化缺陷引起的初生根变短【3】。此外，PAX还可以磷酸化PIN（PIN-FORMED）生长素外排载体并且和BRX（BREVIS RADIX，一种生长素感知的阻遏因子）一起作为分子变阻器调控生长素运输活性【4】。但是目前关于PDK1激酶调控生长素运输的具体机制尚不清楚。

近日，荷兰莱顿大学 (Leiden University) 的研究人员在Nature Plants上发表了一篇题为PDK1 regulates auxin transport and Arabidopsis vascular development through AGC1 kinase PAX的研究论文，在拟南芥中揭示了PDK1通过PAX调控生长素运输的机制。

该研究发现，拟南芥中pdk1的突变不会导致PDK1激酶功能的完全丧失，但是pdk1pdk2双突变体表现出包括子叶畸形、初生根短、植株矮小以及雄性不育在内的严重发育缺陷。以上表明PDK1和PDK2在植物生长发育中发挥重要作用并且部分功能亘余。进一步研究发现，PDK1不能通过直接磷酸化PIN调节植物的生长素外排。但是可以作为植物生长素感知的变阻器的一部分，磷酸化并激活AGC1激酶PAX，并进一步磷酸化PIN并微调维管分化、雄配子体发育和差异性生长反应期间的生长素运输。

The phenotype and auxin response pattern of pdk1 pdk2 mutant seedlings resembles that of auxin transport inhibitor-treated seedlings

总之，该研究表明PDK1可以通过激活AGC1激酶活性调节极性生长素运输，并在植物发育中发挥关键作用。

延伸阅读：

Nature Plants | 薛红卫团队揭示生长素极性运输的调控新机制

参考文献【1】Casamayor, A., Torrance, P . D., Kobayashi, T., Thorner, J. & Alessi, D. R. Functional counterparts of mammalian protein kinases PDK1 and SGK in budding yeast. Curr. Biol. 9, 186–197 (1999).【2】Scholz, S. et al. The AGC protein kinase UNICORN controls planar growth by attenuating PDK1 in Arabidopsis thaliana. PLoS Genet. 15, e1007927 (2019).【3】Zegzouti, H. et al. Structural and functional insights into the regulation of Arabidopsis AGC VIIIa kinases. J. Biol. Chem. 281, 35520–35530 (2006).【4】Gray, J. W . et al. Two Pdk1 phosphorylation sites on the plant cell death suppressor Adi3 contribute to substrate phosphorylation. Biochim. Biophys. Acta 1834, 1099–1106 (2013).

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