拟南芥phyA铰链区调控phyA磷酸化和功能的分子机制

论文摘要

植物通过光合作用将光能转化为生物可利用的化学能与有机物。光除了以能量的形式被植物吸收利用,也作为重要的环境信号因子,调控植物的整个生命周期,如种子萌发、幼苗去黄化、叶的生长、茎秆伸长、气孔与叶绿体运动、向光性、节律与避荫反应等。因此,研究植物的光信号不仅有助于深入理解植物如何根据环境信号调控自身的发育,也为进一步提高农作物的光能利用率和品质改良打下坚实的基础。光敏色素A（phyA）是植物中唯一感受并响应远红光信号的光受体。在光下,phyA与COP1/SPA1复合体相互作用并抑制复合体的形成,进而稳定光信号正调控因子（比如转录因子HY5）的积累,从而促进光形态建成。据报道,燕麦phyA铰链区的一个丝氨酸（S599）为磷酸化位点,该位点的磷酸化和去磷酸化能够调控燕麦phyA与其信号分子的相互作用。在本研究中,发现拟南芥phyA铰链区有三个可能的磷酸化位点（S590,T593和S602）,在调控phyA的功能和与其信号分子的互作方面扮演重要的角色。遗传数据表明,将这三个位点突变为丙氨酸形式（phyAAAA）与天冬氨酸形式（phyADDD）均显著影响phyA的功能和远红光信号转导,其中phyAAAA突变对phyA功能造成的缺陷最大。酵母双杂交数据表明,phyAAAA和phyADDD与帮助phyA进入细胞核的穿梭蛋白FHY1/FHL互作显著增强,但是激光共聚焦显微观察结果显示phyAAAA-GFP和phyADDD-GFP均正常定位于细胞核,表明phyAAAA phyADDD的突变不影响phyA进入细胞核。酵母三杂交的结果显示,Pfr形式的phyAAAA与phyADDD具有正常抑制COP1与SPA1互作的能力,表明phyAAAA和phyADDD的突变没有影响phyA形成有活性的Pfr形式。进一步研究发现,phyAAAA和 phyADDD照光后的蛋白降解速度与phyAWT相比显著降低,而FHY1在phyAAAA和phyADDD中的蛋白积累显著增加。这些结果表明,phyAAAA和phyADDD的突变虽然没有影响phyA进入细胞核,但是均削弱了 phyA的功能。而且,在该研究中phyAAAA转基因幼苗表现出远红光不敏感表型,这与先前报道的燕麦S599A过表达株系对光超敏感的表型相反,表明拟南芥和燕麦的phyA铰链区在调控phyA的功能中所起的作用可能不同。先前的研究表明,拟南芥phyA蛋白在远红光下会在体内被磷酸化,在免疫印迹中可以检测到一条迁移较慢的phyA磷酸化形式。结果显示,phyAAAA和 phyADDD的磷酸化条带的丰度比phyAWT显著下降,表明phyAAAA和phyADDD的突变影响了 phyA的磷酸化。先前的报道还表明,COP1会优先结合并降解磷酸化形式的phyA;利用COPI抗体进行免疫共沉淀实验,发现在phyAAAA和phyADDD材料中,在体内与COP1结合的磷酸化phyA的比例均显著低于phyAWT。核质分离实验结果表明,磷酸化形式的phyA仅存在于远红光下培养的幼苗细胞核组分中。在fhy1 fhl与fhy3 far1突变体中,phyA的磷酸化形式不能产生,推测phyA必需进入细胞核才能产生磷酸化形式。在phyA-NLS-GFP材料中,phyA组成型的定位于细胞核,但是只在远红光下才产生磷酸化形式;在phyA（Y242H）-NLS-YFP材料中,phyA组成型定位于细胞核中且锁定于有活性的Pfr形式,在黑暗和远红光下均产生磷酸化形式。这些结果表明,phyA要处于Pfr形式才能被磷酸化。综上,定位于细胞核中以及处于Pfr形式,是phyA被磷酸化的前提,而这些又恰好是phyA诱导远红光信号的必需条件,这就进一步暗示磷酸化的phyA在起始远红光信号应答中可能扮演重要的角色,可能是phyA活性更强的一种形式。而在phyAAAA和phyADDD材料中,磷酸化形式的phyA水平均显著降低,而且在phyAAAA材料中磷酸化形式的phyA丰度最低,这与其功能缺陷最显著相一致。这些结果表明,phyA铰链区三个位点的phyAAAA和phyADDD突变造成了磷酸化形式phyA水平的显著降低,可能是造成曲phyAAAA和phyADDD功能和信号传递缺陷的重要原因。综上,该研究发现拟南芥phyA铰链区的三个位点（S590,T593和S602）在调控phyA的磷酸化和功能方面发挥重要作用。此外,该研究还暗示双子叶（拟南芥）和单子叶（燕麦）phyA的铰链区对phyA功能的调控可能存在较大差异。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 周杨杨

导师: 李继刚

关键词: 拟南芥,远红光,铰链区,磷酸化,光形态建成

来源: 中国农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 中国农业大学

分类号: Q943.2

总页数: 130

文件大小: 10723K

下载量: 301

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