m.quanpro.cn
前沿進(jìn)展 | 種康院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)鈣網(wǎng)蛋白構(gòu)象感知低溫的新機(jī)制
研究背景
全球氣候變化導(dǎo)致的異常低溫嚴(yán)重影響水稻的生產(chǎn)，培育具有異常溫度耐受的設(shè)計(jì)型品種是解決這一問題的重要途徑。作物的品種分子設(shè)計(jì)技術(shù)依賴于細(xì)胞感知溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，細(xì)胞中溫度感受器是信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的源頭，而溫度感受器如何將溫度物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成化學(xué)信號(hào)，其機(jī)制尚不明晰。
水稻OsCRT3-OsCIPK7感知低溫信號(hào)模式圖
中國植物學(xué)會(huì)理事長、中科院植物所種康院士研究組與物理所翁羽翔研究組等利用分子遺傳學(xué)、生理生化和生物物理學(xué)等多學(xué)科融合策略，發(fā)現(xiàn)水稻細(xì)胞中鈣網(wǎng)蛋白復(fù)合物OsCRT3（Oryza sativa Calreticulin 3）-OsCIPK7（CBL-Interacting Protein Kinase 7）通過蛋白構(gòu)象的改變感知低溫物理信號(hào)，使其轉(zhuǎn)換成細(xì)胞內(nèi)的生化網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，這是動(dòng)植物中首次報(bào)道通過蛋白構(gòu)象改變感知溫度并產(chǎn)生防御反應(yīng)的研究。
研究人員在前期研究中發(fā)現(xiàn)OsCIPK7激酶結(jié)構(gòu)域的單堿基突變體低溫耐受性增強(qiáng)，該突變導(dǎo)致激酶活性增強(qiáng)，并且在低溫下具有更強(qiáng)的鈣離子內(nèi)流信號(hào)。分子遺傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示OsCRT3的T-DNA插入突變體oscrt3-1低溫耐受性降低，而超表達(dá)株系低溫耐受性增強(qiáng)，表明OsCRT3正調(diào)控水稻低溫耐受性。鈣網(wǎng)蛋白OsCRT3定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，調(diào)控低溫下細(xì)胞質(zhì)的鈣離子信號(hào)，在oscrt3-1中，靜息狀態(tài)下的胞質(zhì)鈣離子濃度低于野生型，低溫刺激下鈣離子濃度的上升幅度也低于野生型。
傅里葉紅外變換實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，低溫下OsCRT3的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，β折疊增多，同時(shí)伴隨著部分親水性α螺旋結(jié)構(gòu)拉伸變?yōu)槭杷?alpha;螺旋。表面等離子共振（SPR）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示低溫下OsCRT3和OsCIPK7兩種蛋白的特異互作增強(qiáng)，表現(xiàn)為在低溫下更快的結(jié)合速率（Ka）和更慢的解離速率（Kd），結(jié)合常數(shù)KD（Kd/Ka）減小，進(jìn)而增強(qiáng)OsCIPK7的激酶活性。而常溫下OsCIPK7的NAF/FISL結(jié)構(gòu)域與激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合，抑制其酶活。
同時(shí)，在低溫下內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的OsCRT3調(diào)控細(xì)胞質(zhì)鈣離子濃度上升，細(xì)胞膜上的鈣離子受體OsCBL7/8感知鈣離子信號(hào)，特異地在細(xì)胞膜上與OsCIPK7互作，激活下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而賦予水稻寒害耐受性。
研究首次發(fā)現(xiàn)了溫度感知的新機(jī)制，即通過蛋白的構(gòu)象改變感知溫度信號(hào)，并產(chǎn)生下游的效應(yīng)，具有重要的理論意義，同時(shí)也為分子設(shè)計(jì)育種提供了新的基因模塊資源。
該研究成果于11月7日在線發(fā)表于The EMBO Journal。中科院植物所種康課題組的博士后/特別研究助理郭曉玉博士和已畢業(yè)博士研究生張大健為該論文的共同第一作者，種康院士為該論文的通訊作者，中科院物理所翁羽翔研究員、德國明斯特大學(xué)Jörg Kudla教授、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)任東濤教授等人也參與了該項(xiàng)研究。
研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國博士后科學(xué)基金和中科院特別研究助理資助項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
種康院士
研究團(tuán)隊(duì)簡介
種康院士研究團(tuán)隊(duì)主要致力于植物感知溫度以及開花和器官發(fā)生的分子網(wǎng)絡(luò)研究。近年來發(fā)現(xiàn)小麥感知春化信號(hào)的分子網(wǎng)絡(luò)，揭示了春化蛋白磷酸化和糖基化修飾的感知機(jī)制與開花調(diào)控模式。發(fā)現(xiàn)水稻低溫感受器，揭示了細(xì)胞膜蛋白復(fù)合物感受低溫機(jī)制與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，證明在人工馴化中基因介導(dǎo)的耐寒性起源于中國野生稻的分子遺傳變異模式。相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Cell, Nature Plants, Developmental Cell, EMBO Journal等國際權(quán)威雜志上。
（文章來源：中國科學(xué)院植物研究所）
| 版權(quán)聲明： 1.依據(jù)《服務(wù)條款》，本網(wǎng)頁發(fā)布的原創(chuàng)作品，版權(quán)歸發(fā)布者（即注冊用戶）所有；本網(wǎng)頁發(fā)布的轉(zhuǎn)載作品，由發(fā)布者按照互聯(lián)網(wǎng)精神進(jìn)行分享，遵守相關(guān)法律法規(guī)，無商業(yè)獲利行為，無版權(quán)糾紛。 2.本網(wǎng)頁是第三方信息存儲(chǔ)空間，阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者，服務(wù)對象為注冊用戶。該項(xiàng)服務(wù)免費(fèi)，阿酷公司不向注冊用戶收取任何費(fèi)用。 名稱：阿酷（北京）科技發(fā)展有限公司 聯(lián)系人：李女士，QQ468780427 網(wǎng)絡(luò)地址：www.arkoo.com 3.本網(wǎng)頁參與各方的所有行為，完全遵守《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》。如有侵權(quán)行為，請權(quán)利人通知阿酷公司，阿酷公司將根據(jù)本條例第二十二條規(guī)定刪除侵權(quán)作品。 |