陕西
责编 | 王一
气孔由一对保卫细胞围绕而成, 是植物与外界环境进行气体和水分交换的通道。植物响应不同激素和环境信号, 通过改变保卫细胞的膨压进而调控气孔的开度, 以平衡植株光合作用吸收CO2和蒸腾作用散失水分, 对植物适应复杂环境完成生长发育至关重要。植物如何精细调控气孔运动是植物科学研究领域的前沿科学问题。
前人的研究发现, 保卫细胞能通过囊泡运输控制细胞质膜上离子通道的分布, 影响离子的跨膜转运, 最终改变保卫细胞的膨压调节气孔运动。真核细胞中运输囊泡与靶膜的融合是由SNAREs(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor adaptor protein receptors) 家族蛋白所介导的。分别定位于靶膜和运输囊泡膜上的Q-SNARE和R-SNARE蛋白配对形成复合体, 拉近两个膜之间的距离促进膜融合。SNARE蛋白在气孔运动中发挥作用已有报道, 然而, 相关的分子调控机制仍有待深入解析。
近日, 中国农业大学生物学院植物抗逆高效全国重点实验室傅缨教授课题组在Current Biology在线发表了题为LKS4-mediated SYP121 phosphorylation participates in light-induced stomatal opening in Arabidopsis的研究论文, 揭示了胞质类受体激酶low-K+ sensitive 4/schengen 1 (LKS4/SGN1) 快速响应光信号, 通过磷酸化Qa-SNARE蛋白syntaxin of plants 121 (SYP121), 参与调控气孔开放的作用机制, 是气孔运动调控机制研究的重要新进展。
该研究发现光能促进LKS4的表达, 并诱导SYP121的磷酸化水平上调。遗传学研究发现光照条件下, SYP121的磷酸水平升高依赖于LKS4, 两者在同一信号通路参与调控光诱导的气孔开放过程。通过体外pull-down、LCI和Co-IP等手段以及体外磷酸化分析, 证明了LKS4直接结合并磷酸化SYP121, 主要靶点是SYP121上第270位的苏氨酸 (T270)。进一步的研究表明LKS4依赖的T270残基的磷酸化有利于SYP121与R-SNARE蛋白vesicle-associated membrane protein 722 (VAMP722) 形成SNARE核心复合体, 促进内向钾离子通道KAT1由胞质向保卫细胞质膜的分布。
图1 LKS4磷酸化SYP121调控光诱导气孔开放的工作模型。光诱导胞质类受体激酶LKS4蛋白表达量上调, 促进其结合并磷酸化SNARE蛋白SYP121。SYP121的磷酸化增强了其与VAMP722的结合能力, 有助于SNARE复合体的形成, 进而促进了运输囊泡与细胞质膜融合, 帮助膜组分以及离子通道 (如KAT1等) 通过囊泡运输递送至保卫细胞质膜, 扩张了细胞膜表面积并增加了质膜上离子通道密度, 协同调控气孔开放。
综上所述，该研究阐释了植物中通过调控SNARE蛋白磷酸化从而调节SNARE复合体组装的机制, 并鉴定了相关的蛋白激酶, 将SNARE蛋白磷酸化与气孔运动调控联系起来, 对于深入理解植物如何精细调控气孔运动具有重要意义。
中国农业大学生物学院傅缨教授为该论文的通讯作者, 课题组博士毕业生丁雪宁为论文的第一作者,王书伟博士、崔宪奎博士和钟华博士等对本研究做出了贡献, 中国农业大学生物学院李继刚教授等参与了该项研究。相关工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.06.001
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
