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基本信息

主題：Ca²⁺激活的14-3-3蛋白在鹽脅迫中充當(dāng)分子開關(guān)

期刊：Nature Communications

研究使用平臺：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺

標(biāo)題：Calcium-activated 14-3-3 proteins as a molecular switch in salt stress tolerance

作者：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)楊永青、郭巖、楊志佳

檢測離子/分子指標(biāo)

Na⁺

檢測樣品

擬南芥根，距根尖300 μm根表上的點(diǎn)

中文摘要

鈣是一種常見的第二信使，可以觸發(fā)許多細(xì)胞反應(yīng)。然而，目前還不清楚鈣信號是如何被不同的鈣傳感器（calcium sensors）協(xié)同解碼，進(jìn)而調(diào)節(jié)下游的靶點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)特定的生理功能。本研究表明PKS5可以負(fù)調(diào)控?cái)M南芥中鹽分過度敏感（SOS）信號通路。PKS5能與SOS2在Ser²⁹⁴處相互作用并使其磷酸化，促進(jìn)SOS2與14-3-3蛋白之間的相互作用，抑制SOS2的活性。然而，鹽脅迫促進(jìn)了14-3-3蛋白和PKS5之間的相互作用，抑制了其激酶的活性，并且解除了對SOS2的抑制。研究為14-3-3蛋白與Ca²⁺結(jié)合，Ca²⁺調(diào)節(jié)14-3-3依賴的SOS2和PKS5激酶活性提供的了證據(jù)。研究結(jié)果表明，鹽誘導(dǎo)的鈣信號由14-3-3和SOS3/SCaBP8蛋白解碼，它們選擇性地激活/失活下游蛋白激酶SOS2和PKS5，通過協(xié)同介導(dǎo)質(zhì)膜Na⁺/H⁺逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體和H⁺-ATPase活性來調(diào)節(jié)Na⁺穩(wěn)態(tài)。NMT技術(shù)通過監(jiān)測擬南芥根部Na⁺流確定了PKS5影響植物耐鹽性的方式。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法

7日齡擬南芥幼苗100 mM NaCl處理24 h

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

之前的研究結(jié)果表明PKS5能磷酸化SOS2并調(diào)節(jié)SOS2激酶活性，接下來需要確定PKS5是否影響擬南芥的耐鹽性。利用NMT技術(shù)，在100 mM NaCl處理12 h后，檢測了7日齡BigM、pks5-3和pks5-4幼苗根系分生區(qū)Na⁺流速。鹽脅迫根系呈現(xiàn)明顯的凈Na⁺外排，但pks5-3和pks5-4的外排速率明顯低于BigM（圖1c, d）。

SOS2的過表達(dá)并不能改善pks5-4鹽敏感表型，然而，pks5-4的鹽敏感表型是通過SOS2^S294A的表達(dá)所改善。然后本研究檢測了雜交株系中的Na⁺流速，發(fā)現(xiàn)SOS2^S294A的表達(dá)改善了pks5-4的Na⁺流速，而SOS2的表達(dá)卻沒有（圖1g, h）。因此，PKS5以依賴SOS2^Ser294磷酸化的方式負(fù)調(diào)節(jié)擬南芥的耐鹽性。

圖1. SOS2^Ser294突變可改善pks5-4的鹽敏感表型

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• PKS5可以與SOS2在Ser294位點(diǎn)相互作用并磷酸化SOS2。

• PKS5通過磷酸化SOS2負(fù)調(diào)控SOS2激酶活性。

• PKS5通過14-3-3s抑制酵母中的SOS通路。

• PKS5依賴性的SOS2^Ser294磷酸化抑制SOS2激酶的活性。

• PKS5以依賴SOS2^Ser294磷酸化的方式負(fù)調(diào)控?cái)M南芥的耐鹽性。

• 鹽脅迫增強(qiáng)了14-3-3蛋白與PKS5的相互作用。

• 鹽脅迫下，14-3-3蛋白抑制PKS5的活性。

• 14-3-3λ和14-3-3κ通過抑制PKS5活性調(diào)節(jié)PMH⁺-ATPase活性。

• 14-3-3λ和κ至少部分通過抑制PKS5激酶活性來調(diào)節(jié)擬南芥對堿性脅迫響應(yīng)。

• 不同濃度的鈣參與調(diào)控14-3-3-介導(dǎo)的SOS2和PKS5的激活和抑制。

結(jié)論

有無鹽分的情況下，14-3-3蛋白結(jié)合并抑制SOS2或PKS5，這些蛋白-蛋白相互作用與14-3-3鈣結(jié)合親和力增強(qiáng)有關(guān)，這對植物適應(yīng)鹽脅迫的能力至關(guān)重要。

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測試液

0.1 mM CaCl₂, 0.1mM KCl, 0.5 mM NaCl, 0.3mM MES, pH 6.0