科研进展 | No.5:李积胜组首次揭示硫化氢调控ABA信号通路的分子机制

硫化氢(H2S)是一种小的信号气体分子,与ABA依赖的气孔关闭有关。但是,H2S 如何调节ABA信号在很大程度上尚不清楚。2020年1月18日, Molecular Plant在线发表了 西北农林科技大学李积胜组题为“Hydrogen Sulfide Positively Regulates Abscisic Acid Signaling through Persulfidation of SnRK2.6 in Guard Cells”的研究论 ,该研究揭示了一种新的ABA信号转导后调控机制,其中H2S过硫化SnRK2.6以促进ABA信号转导和ABA诱导的气孔关闭。

人物简介

李积胜,男,博士,副教授。2006年本科毕业于长安大学环境工程学院,2011年博士毕业于兰州大学生命科学学院,同年进入西北农林科技大学生命科学学院工作。

ABA作为一种重要的植物激素,在种子的成熟和休眠,气孔关闭和植物生长中起关键作用。同时,ABA也是增强植物对非生物胁迫如干旱,盐碱和寒冷的适应性的核心调节剂,而这些非生物胁迫是全球农作物损失的主要原因,因此研究植物体内的ABA信号转导途径具有重要的实践意义。

目前,ABA信号转导途径的关键组分已经研究得比较清楚, 其中主要包括受体蛋白PYL,蛋白磷酸酶PP2C,蛋白激酶SnRK以及一些重要的下游转录因子。在没有ABA的情况下,PP2Cs与SnRK2s结合,并抑制其激酶活性;在ABA存在下,ABA与ABA受体结合PYL受体并促进它们与PP2Cs的相互作用。从而从PP2C-SnRK2复合物中释放出SnRK2激酶继而磷酸化下游效应子包括ABF(ABA响应元件结合因子)转录因子。

ABA促进气孔关闭并抑制气孔打开,从而在植物缺水时保留水分。SnRK2.6(OST1)蛋白在植物气孔的保卫细胞中表达,可以被ABA激活。研究表明ost1突变体对ABA诱导的气孔关闭不敏感,这表明ABA通过SnRK2.6调节气孔运动。此外,在保卫细胞中,ABA激活Ca2+渗透通道,随后细胞内钙浓度增加,导致气孔关闭,在该过程中SnRK2.6充当胞质Ca2+信号生成的上游调节剂。

硫化氢(H2S)是一种水溶性气体,在调节植物对环境胁迫和生长的适应性方面发挥重要功能。Cys残基的翻译后修饰(Cys-SH基团转换为Cys-SSH基团)引起的过硫基团的形成直接受H2S调节,被称为过硫化作用。过硫化蛋白质组学数据表明SnRK2.6蛋白具有过硫化修饰。同时,研究表明外源H2S在气孔关闭中具有积极作用。同时,缺乏H2S的des1突变体对ABA诱导的气孔关闭也不敏感,表明内源H2S在ABA信号传导中起积极作用,但是其机制一直不清楚。

该研究首先在SnRK2.6中发现了两个过硫化修饰位点,并且发现这两个Cys残基暴露在SnRK2.6表面并且与激酶的催化环和关键的磷酸化位点相邻。研究表明当这两个Cys残基被过硫化修饰后,促进了SnRK2.6的活性及其与ABA信号下游的转录因子的相互作用(如下图所示)。

进一步,当将SnRK2.6中的Cys131,Cys137或两者均被丝氨酸部分或者全部取代时:SnRK2.6C131S和SnRK2.6C137S或SnRK2.6C131SC137S转入到ost1-3突变体中,这些部分或者全部替代的蛋白无法恢复ost1-3突变体表型,显示出对ABA和H2S诱导的气孔关闭和Ca2+流入的敏感性降低,并增加了水分流失和抗旱性下降(如下图)。

SnRK2.6的过硫化反应过来正调控ABA信号传导。因此该研究提出了一种新的调控ABA信号通路的机制,其中H2S通过过硫化SnRK2.6在保卫细胞中正调控ABA信号传导。

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