Plant Cell | KOR1蛋白分泌途径和耐盐功能的调控机制

来源：BioArt植物

许多蛋白质在细胞壁生物合成过程中协调细胞壁成分的合成、传递和组装，其中KORRIGAN1/Radial SWOLLEN2（KOR1/RSW2）是拟南芥初级和次级细胞壁纤维素生物合成过程中的必需内切-b1,4-葡聚糖酶（endo-b1,4-glucanase），其类属于GH9（Glycoside Hydrolase 9）家族。KOR1是一种包括一个N-末端胞质结构域、一个跨膜锚蛋白、一个茎区和一个催化N-糖基化的外结构域的II型整合膜蛋白（II integral membrane protein）【1】。KOR1与纤维素合成酶复合物（CSC）具有物理相互作用，并参与了纤维素伸长过程中甾醇连接引物的断裂或者纤维素纤维的结晶度的降低。kor1等位基因突变会导致纤维素合成受阻以及生长迟缓【2,3】。

KOR1的生物功能与其亚细胞分布特征有关：KOR1的外结构域在内质网（ER）中发生严重的N-糖基化，随后在高尔基体（GA）中发生部分N-聚糖修饰反应。正常情况下，KOR1蛋白分布在包括高尔基体网络（TGN）、质膜（PM）和细胞板在内的多个亚细胞内，但是当糖基化位点突变时KOR1也会在液泡膜（TP）处积聚【4,5】，目前关于KOR1在各亚细胞部位的分布和保留机制尚不清楚。此外，也有研究表明KOR1/RSW2与N-糖基化、纤维素生物合成和盐胁迫耐受性有关【6】，但是相关机制尚不清楚。 

近日，来自美国Texas A&M University的Hisashi Koiwa等在The Plant Cell在线发表了一篇题为Multiple quality control mechanisms in the ER and TGN determine subcellular dynamics and salt-stress tolerance function of KORRIGAN 1的研究论文，阐明了KOR1亚细胞定位的多个决定因素及其在植物生长和胁迫耐受中的相关生理意义。

该研究首先确定了一个富含脯氨酸的C末端基序（称为P基序），发现它是维持KOR1在TGN/PM循环中的必需基序。该研究进一步通过tdFT（tandem fluorescent timer）-KOR1的时间历程分析揭示了KOR1到TP的两条路径。该研究表明，P-基序突变或KOR1蛋白的其他突变后，KOR1（tdFT-KOR1ΔP611和tdFT-KOR1G429R）在PM聚集后会到达TP，而当细胞溶质结构域中的LL基序发生突变时，KOR1蛋白仅在PM积累，表明突变的KOR1在被回收到TGN并分类到TP之前是经过PM的。此外，该研究还发现变异体tdFT-KOR1Δall（所有N-糖基化位点都被破坏）在PM没有产生清晰的信号，甚至在后期仍停留在ER中，但是在TP处检测到老化的tdFT-KOR1Δall，表明KOR1Δall使用了一条从ER到TP的独特路线，而不经过PM。以上结果表明，KOR1在细胞中的定位是由序列基序和蛋白质结构的层次性相互作用决定的。

此外，该研究表明，C端P 基序对于盐胁迫条件下KOR1的功能是必须的，而LL基序的突变（将KOR1限制在PM）在盐胁迫条件下会抑制根系生长，这表明将KOR1限定到PM对植物的耐盐能力是有害的。该研究还发现，PM的GFP-KOR1在盐胁迫4h后显著下降，但在24 h后恢复；但是对于PM-locked KOR1（通过突变的LL基序），PM信号强度在整个盐处理过程中没有变化。以上表明KOR1的亚细胞内化是建立耐盐性的关键。

Model of KOR1 transport regulation

总之，该研究为植物适应盐胁迫可能需要KOR1亚细胞定位和活性进行微调提供了新见解，该研究描述的tdFT系统可以用于监测蛋白质运输中的细微变化，有助于进一步剖析其他KOR1修饰的作用。

参考文献

【1】von Schaewen, A., Rips, S., Jeong, I.S., and Koiwa, H. (2015). Arabidopsis thaliana KORRIGAN1 protein: Nglycan modification, localization, and function in cellulose biosynthesis and osmotic stress responses. Plant Signal Behav 10, e1024397

【2】Szyjanowicz, P.M., McKinnon, I., Taylor, N.G., Gardiner, J., Jarvis, M.C., and Turner, S.R. (2004). The irregular xylem 2 mutant is an allele of korrigan that affects the secondary cell wall of Arabidopsis thaliana. Plant J. 37, 730-740.

【3】Vain, T., Crowell, E.F., Timpano, H., Biot, E., Desprez, T., Mansoori, N., Trindade, L.M., Pagant, S., Robert, S., Hofte, H., Gonneau, M., and Vernhettes, S. (2014). The cellulase KORRIGAN is part of the Cellulose Synthase Complex. Plant Physiol. 165, 1521-1532.

【4】Liebminger, E., Grass, J., Altmann, F., Mach, L., and Strasser, R. (2013). Characterizing the link between glycosylation state and enzymatic activity of the endo-beta1,4-glucanase KORRIGAN1 from Arabidopsis thaliana. J. Biol. Chem. 288, 22270-22280.

【5】Rips, S., Bentley, N., Jeong, I.S., Welch, J.L., von Schaewen, A., and Koiwa, H. (2014). Multiple N-glycans cooperate in the subcellular targeting and functioning of Arabidopsis KORRIGAN1. Plant Cell 26, 3792- 3808 

【6】Nagashima, Y., von Schaewen, A., and Koiwa, H. (2018). Function of N -glycosylation in plants. Plant Science 274, 70-79.  

原文链接：

http://www.plantcell.org/content/early/2019/12/18/tpc.19.00714