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  • 我校揭示磷酸酶PP6调控植物光形态建成机制

    来源:www.zcrchr.com 发布时间:2020-01-13

    南湖新闻网讯(记者余小丹何能)近日,《《美国国家科学院院刊》》(PNAS)杂志在线发布了我校戴邱明教授研究团队与北京大学邓兴旺教授研究团队合作完成的最新研究成果,题目为“拟南芥PP6磷酸酶S去磷酸化PIF蛋白修复照片”。本研究揭示了新型磷酸酶PP6介导PIF转录因子去磷酸化修饰的分子调控机制,从而抑制拟南芥光形态发生。

    光是一个重要的环境因素,对植物的生长发育至关重要。土壤中发芽的幼苗将经历一段黑暗的形态发生期。当幼苗破土而出并感受到光线时,它们立即进入光形态发生。暗形态发生的发展有利于植物的挖掘,而光形态发生的发展有利于植物的光合作用和自养生长。在拟南芥中,光敏色素相互作用因子的转录因子是光形态发生的关键抑制剂。最近,华南农业大学王海洋教授团队的一项研究也发现,玉米中的7种ZMP PIF参与下胚轴生长的调节(Wu等人,2019),表明PIF在调节植物下胚轴/下胚轴生长中的功能相对保守。受光后,植物光感受器可以迅速启动磷酸化修饰和PIFs降解,并启动植物光形态发生。广泛报道了参与调节PIFs磷酸化修饰的激酶,但参与调节PIFs去磷酸化的磷酸酶很少报道。

    New磷酸酶PP6(蛋白磷酸酶6)是一种丝/苏氨酸蛋白磷酸酶,能以拮抗的方式用相应的激酶控制蛋白磷酸化修饰。戴邱明教授的研究小组早先的研究发现,PP6参与脱落酸信号途径,并通过调节Abi5(脱磷抗高血压药5)的去磷酸化修饰和积累来促进种子萌发(戴等人,2013)。此外,研究小组还发现PP6介导PIN的去磷酸化修饰,并通过调节生长素的极性运输促进植物根系的发育(Dai等人,2012年)。

    Dai邱明教授的研究团队发现PP6可以介导PIFs的去磷酸化修饰,抑制黑暗中植物的光形态发生。PP6的催化亚单位Fypp1(藻色素相关ser/th rpein phophatase 1)和FyPP3的双突变体Fypp1 FyPP3 (f1f3)在黑暗中显示出短的下胚轴和子叶开放光形态发生表型,类似于在黑暗中生长的四个pifq突变体(pif1 pif3 pif 4 pif5)。遗传分析表明,6个突变体的胚轴长度明显短于Col,短于亲本pifq和f1f3。这表明PP6和PIFs抑制黑暗中植物的光形态发生(图1)。作者通过生化实验证实PP6可以直接与PIF3和PIF4蛋白相互作用,调节PIF3和PIF4的去磷酸化修饰。此外,转录组分析显示PP6和PIFs共同调节大多数基因的表达。转录激活实验进一步证实PP6调节PIF的转录活性。红光可以诱导PIF蛋白的快速降解(Lorrain等人,2008年)。研究发现,PP6对PIF4蛋白的去磷酸化修饰可以减缓PIF4蛋白在发黄过程中的降解速率,促进PIF4蛋白在连续红光下的背景积累。此外,PIF4的过表达可在连续红光下显著恢复f1 f3短下胚轴的表型。

    图1野生型下胚轴长度(COL),PP6 (F1,F3,F1f3)和if突变体在黑暗(a和b)或连续红光(c和d)中生长4天。

    本研究揭示了新型磷酸酶PP6介导pif转录因子去磷酸化修饰的分子调控机制,从而抑制拟南芥光形态发生。考虑到磷酸酶PP6在植物中非常保守,例如,与玉米和水稻中的PP6相比,拟南芥PP6分别具有91%和94%的相同氨基酸(Dai等人,2012年),本研究获得的结果也将为包括玉米在内的其他作物下胚轴/下胚轴发育机制的研究提供参考,并为下胚轴/下胚轴发育提供遗传资源和理论指导

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