山东农业大学郝金玉组揭示苹果中CIPK和SUT互作响应干旱的分子机制

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糖是植物应对非生物胁迫的重要渗透调节物质。糖转运蛋白SUTs（Sucrose transporters）将蔗糖加载到韧皮部和库中，同时还有助于细胞中可溶性糖的积累。SUT1和SUT3位于质膜上，主要负责韧皮部装载或将蔗糖运输到库中（Slewinski et al. 2009）。SUT2不仅可以作为质膜中的蔗糖转运蛋白，同时还是低亲和力糖传感器（Schulze et al. 2000）。在柑橘、拟南芥、水稻和芹菜等多种植物中已经报道SUT的表达受到各种非生物胁迫的调节。此外，非生物胁迫通常会引起细胞内游离Ca2+浓度的增加，Ca2+可以作为第二信使起到信号转导的作用。calcium-dependent protein kinases（CDPKs）、calmodulin（CaM），calmodulin-like proteins（CML），和calcineurin B-like（CBL）介导钙信号传递（Huang et al., 2011）。其中，CBL与CBL-interacting protein kinases（CIPK）相互作用并调节CIPK（Cheong et al.，2003）。之前有研究表明，CBL-CIPK网络参与应激反应，并将应激信号转导至细胞核以调节相关基因的表达 (Cheong et al., 2003)。然而，CIPK是否以及如何在应激反应中调节糖积累尚不清楚。

近日，山东农业大学的作物生物学国家重点实验室的郝玉金教授课题组在Plant Biotechnology Journal在线发表了一篇题为“An apple sucrose transporter MdSUT2.2 is a phosphorylation target for protein kinase MdCIPK22 in response to drought”的研究论文，揭示了苹果MdCIPK22调控MdSUT2.2的机制及其在干旱胁迫下的作用。

该研究对苹果中的蔗糖转运蛋白和CIPK激酶进行了蛋白质相互作用和磷酸化实验，并利用质谱鉴定了蔗糖转运蛋白的特异性磷酸化位点。该研究发现，苹果糖转运基因MdSUT2.1和MdSUT2.2的表达水平随干旱胁迫而增加，并且MdSUT2.2的过量表达促进了糖的积累和耐旱性。进一步研究发现，MdSUT2.2在Ser381位点发生磷酸化以响应干旱。通过一系列转基因分析表明，干旱胁迫下，MdCIPK22是MdSUT2.2蛋白Ser381位点磷酸化所必需的。该研究还发现，MdCIPK22以MdSUT2.2依赖性方式促进糖积累和提高耐旱性。此外， MdCIPK22与MdSUT2.2相互作用并磷酸化以增加其响应干旱的稳定性。

MdCIPK22 increases sucrose accumulation and drought tolerance in a MdSUT2.2-dependent manner

总之，该研究提供了蛋白激酶MdCIPK22作为蔗糖转运蛋白MdSUT2.2的正向调节因子的证据，并且发现MdCIPK22通过与MdSUT2.2蛋白相互作用并磷酸化MdSUT2.2来正向调节干旱耐受性。这些发现为干旱和相关胁迫诱导植物糖积累的分子机制提供了新的见解。

参考文献

Slewinski, T.L., Meeley, R., and Braun, D.M. (2009) Sucrose transporter1 functions in phloem loading in maize leaves. J. Exp. Bot. 60(3), 881-892

Schulze, W., Weise, A., Frommer, W. B., & Ward, J. M. (2000) Function of the cytosolic N ‐terminus of sucrose transporter AtSUT2 in substrate affinity. FEBS Lett. 485(2-3), 189-194.

Huang, C., Ding, S., Zhang, H., Du, H., and An, L. (2011) CIPK7 is involved in cold response by interacting with CBL1 in Arabidopsis thaliana. Plant Sci. 181(1), 57–64.

Cheong, Y. H., Kim, K. N., Pandey, G. K., Gupta, R., Grant, J. J., and Luan, S. (2003) CBL1, a calcium sensor that differentially regulates salt, drought, and cold responses in Arabidopsis. Plant Cell 15(8), 1833-1845.

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