杨淑华/丁杨林团队发现蛋白磷酸酶PP2CG1调控拟南芥低温应答

低温不仅影响植物正常的生长发育和世代交替，还限制植物的地理分布。中国农业大学杨淑华课题组前期研究发现，OST1 (Open stomata 1) 在调控植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用。低温下OST1被激活，其激酶活性部分受蛋白磷酸酶ABI1和EGR2的调控(Ding et al., 2015; Ding et al., 2019)。 低温激活的OST1通过磷酸化下游底物，包括E3泛素连接酶PUB25/26、新生多肽链耦联复合体蛋白BTF3s、膜联蛋白ANN1和转录因子ICE1，从而调控植物对低温的耐受能力 (Ding et al., 2015; Ding et al., 2018; Wang et al., 2019; Liu et al., 2021)。

JIPB近日在线发表了该团队题为“Reciprocal regulation between the negative regulator PP2CG1 phosphatase and the positive regulator OST1 kinase confers cold response in Arabidopsis”（https://doi.org/10.1111/jipb.13100）的研究论文。作者通过酵母双杂交、Pull-down和Co-IP实验证明PP2CG1与OST1存在互作；BiFC实验以及共定位实验表明OST1与PP2CG1的互作发生在细胞核和细胞质中。冻处理实验表明PP2CG1负调控植物耐冻性。另外，PP2CG1负调控低温下CBF蛋白的积累，从而抑制冷响应基因的表达。In-gel、体外磷酸化/去磷酸化实验、Phos-tag实验和LC-MS实验发现PP2CG1抑制OST1激酶活性并且去磷酸化OST1的Ser-29、Ser-171和Ser-175/Thr-176位点。低温解除两者互作，从而激活OST1。有意思的是，作者发现低温激活的OST1磷酸化PP2CG1的Ser-365位点抑制其磷酸酶活性，从而放大低温信号，使植物更好的适应低温环境。该研究不仅阐释了OST1低温激活新机制，同时揭示了由蛋白激酶和蛋白磷酸酶构成的反馈环在调控植物响应低温胁迫中的作用机理。

中国农业大学生物学院博士研究生吕健为该论文的第一作者，丁杨林博士为通讯作者。中国农业大学刘静妍博士（现工作于天津农科院）、博士研究生明宇航和施怡婷教授参与了该工作。本研究得到河南大学宋纯鹏教授、中国农业大学巩志忠教授和杨淑华教授的大力支持，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京市杰出大学学科计划的资助。

参考文献

Ding, Y., Li, H., Zhang, X., Xie, Q., Gong, Z., and Yang, S. (2015). OST1 kinase modulates freezing tolerance by enhancing ICE1 stability in Arabidopsis. Dev. Cell 32: 278-289.

Ding, Y., Jia, Y., Shi, Y., Zhang, X., Song, C., Gong, Z., and Yang, S. (2018). OST1-mediated BTF3L phosphorylation positively regulates CBFs during plant cold responses. EMBO J. 37: e98228.

Ding, Y., Lv, J., Shi, Y., Gao, J., Hua, J., Song, C., Gong, Z., and Yang, S. (2019). EGR2 phosphatase regulates OST1 kinase activity and freezing tolerance in Arabidopsis. EMBO J. 38: e99819.

Liu, Q., Ding, Y., Shi, Y., Ma, L., Wang, Y., Song, C., Wilkins, K.A., Davies, J.M., Knight, H., Knight, M.R., Gong, Z., Guo, Y., and Yang, S. (2021). The calcium transporter ANNEXIN1 mediates cold-induced calcium signaling and freezing tolerance in plants. EMBO J. 40: e104559.

Wang, X., Ding, Y., Li, Z., Shi, Y., Wang, J., Hua, J., Gong, Z., Zhou, J.M., and Yang, S. (2019). PUB25 and PUB26 promote plant freezing tolerance by degrading the cold signaling negative regulator MYB15. Dev. Cell 51: 222-235.e225.

来源：植物科学最前沿