Nature Plants | 中国农业大学高俊平组揭示玫瑰平衡生长和干旱存活关键机制
景杰学术/解读
编者按：翻译后修饰是植物逆境研究的热点方向，诸多的研究揭示了包括磷酸化、糖基化、泛素化等在内的翻译后修饰调控逆境胁迫响应。今天分享一篇近日发表在Nature Plants上的逆境机制研究的文章。文章是在植物逆境条件下，研究A蛋白结合并磷酸化B蛋白，促进B蛋白入核，进而促进代谢、生长等信号通路的表达，最终促进植物应对逆境胁迫。文章研究思路经典，在其他领域也有类似的思路应用，值得参考与学习。
植物进化出复杂的系统来感知和应对环境变化，生长停滞，特别是涉及芽生长抑制，是对干旱和盐度等多种胁迫条件的常见适应性反应。在这种条件下，植物的生长可以显着减缓，甚至进入休眠状态，直到有利的生长条件重现。
水分运输的调节对于植物适应胁迫条件必不可少。水孔蛋白（AQP）是跨越质膜以及植物细胞大多数细胞内区室水运输的主要通道。不仅如此，实际上AQP还参与了植物细胞的发育过程，并且似乎对非生物胁迫的响应起关键作用。然而，AQP调节植物对环境胁迫适应的机制尚不清楚。
近日，Nature Plants在线发表了中国农业大学高俊平、马男等研究团队题为：In rose, transcription factor PTM balances growth and drought survivalvia PIP2;1aquaporin的研究论文，揭示了调控玫瑰生长和干旱存活的关键分子机制。研究发现水通道蛋白RhPIP2;1能够与膜结合的MYB蛋白RhPTM蛋白相互作用，RhPIP2;1磷酸化调控玫瑰生长和干旱存活。
有报道显示，RhPIP2;1是一种功能性水通道蛋白，可调节玫瑰花瓣的细胞生长。为了阐明其潜在的作用机制，研究者使用分裂泛素膜酵母双杂交（MYTH）系统筛选潜在的RhPIP2;1相互作用物，得到43种潜在的相互作用蛋白。研究者在相互作用因子中鉴定了膜的MYB样转录因子（RU19388），并命名为相应的基因RhPTM（PM-tetheredMYB）。双分子荧光互补和荧光共定位结果表明，RhPIP2;1分别在体内和植物中与RhPTM相互作用。
Figure1 RhPIP2;1与RhPTM相互作用
膜转录因子通常在膜中保持无活性状态，被释放以并易位至细胞核，在细胞核响应某些信号调节转录。鉴于RhPTM可以与控制跨膜运输的RhPIP2;1相互作用，研究者假设水份的变化会影响RhPTM的细胞分布和功能。为了验证这个假设，研究者在N.benthamiana叶子中导入了RhPTM-GFP和核标记物NF-YA4-mCherry。
研究者在脱水叶片中监测到一个分子量大约60kD的蛋白（分子量与全长RhPTM-GFP接近）和一个分子量为52kD的多肽。另外，研究者为了监测玫瑰叶中天然RhPTM的积累，使用了RhPTM抗体，检测到了分子量大小为34kD的天然全长RhPTM蛋白和26kD的RhPTM片段(RhPTMCEND)。分子量较大和较小条带的质谱结果显示，72个（来自较大的条带）和15个（来自较短的条带）肽谱与RhPTM相匹配，分别对应于RhPTM的50％和RhPTMCEND的36％（景杰生物为本研究的蛋白质谱分析提供了技术支持）。
Figure2 RhPTM在本田烟草和玫瑰脱水叶片中的免疫印迹分析
为了确定273位丝氨酸磷酸化是否影响RhPTM定位，研究者将Ser273突变为Ala（S273A）或Asp（S273D）来产生磷酸化缺陷型和磷酸化模拟形式的RhPIP2;1。从正常条件下生长的烟草叶中提取的蛋白质的免疫印迹分析，共表达RhPTM-GFP和RhPIP2;1 S273A并使用GFP抗体可以得到分子量约60kDa的蛋白条带。在共表达RhPTM-GFP和RhPIP2;1S273D的同时，检测到分子量大约为52kDa的条带，其大小类似于表达RhPTM-GFP的脱水叶提取物中鉴定的免疫反应蛋白。水缺乏诱导的RhPIP2;1第273位磷酸化促进RhPTMCEND的核转位。
Figure3 RhPTMCEND的核转位受RhPIP2;1的磷酸化调节
本研究证明来自玫瑰（Rosasp.）的水通道蛋白RhPIP2;1与膜结合的MYB蛋白RhPTM相互作用。水缺乏引发RhPTMC末端的核转位。RhPTM的沉默导致干旱胁迫下的连续生长和随之而来的存活率降低。RNA测序表明RhPTM影响与碳水化合物代谢相关的基因的表达。缺水诱导RhPIP2第273位磷酸化，促进RhPTMC末端的核转位。以上结果表明，RhPIP2;1-RhPTM是协调玫瑰生长和胁迫之间权衡的关键因素。
参考文献
ShuaiZhang, et al. (2019), In rose, transcription factor PTM balances growth and droughtsurvival via PIP2;1 aquaporin. Nature Plants.
原文网址：https://www.nature.com/articles/s41477-019-0376-1 （点击文末阅读原文，跳转阅读）
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