PNAS | 加拿大女王大学研究揭示钙依赖性蛋白激酶在植物免疫中的重要功能！

蛋白激酶代表最大的真核蛋白超家族之一。虽然已在人类中鉴定出大约500种蛋白激酶，但拟南芥和水稻的基因组分别编码超过1,000和1,500种蛋白激酶，包括几个植物特有的家族。在这些蛋白激酶中，类受体激酶（RLKs）、类受体细胞质激酶（RLCKs）和钙依赖性蛋白激酶（CDPKs 或 CPKs）已成为植物免疫的关键调节蛋白（Nature Communications | 拟南芥钙依赖蛋白激酶调控肌动蛋白细胞骨架组织和免疫！）。尽管蛋白激酶仅包含大多数真核生物基因组的2%，但蛋白激酶磷酸化了超过40%的细胞蛋白质，反映了它们在协调细胞内信号事件中的不同作用。丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）残基的可逆磷酸化可以提供一系列功能，包括蛋白质构象和激活状态的变化、蛋白质稳定性和降解、亚细胞定位，以及与蛋白质底物的相互作用。钙（Ca²⁺）是一种普遍存在的二级信使，它与蛋白质磷酸化协同作用以传导细胞内信号。细胞内Ca²⁺水平的时空变化响应环境和发育信号。

2021年5月，国际权威学术期刊PNAS发表了加拿大女王大学Jacqueline Monaghan团队的最新相关研究成果，题为Phosphorylation-dependent subfunctionalization of the calcium-dependent protein kinase CPK28的研究论文。

钙（Ca²⁺）依赖性蛋白激酶（CDPK 或 CPK）是独特的Ca²⁺传感因子/激酶效应蛋白家族，在植物中具有多种功能。在拟南芥中，CPK28通过促进关键的免疫信号类受体细胞质激酶BOTRYTIS-INDUCED KINASE 1（BIK1）的降解来促进免疫稳态，此外还在营养到生殖阶段的转变中起作用。CPK28如何控制这些看似不同的通路尚不清楚。本研究确定了CPK28（Ser318）激酶域中的单个磷酸化位点，其在免疫稳态和茎伸长中的功能不同。结果表明CPK28在Ser318上经历分子间自磷酸化，并且还可以通过BIK1在该残基上进行转磷酸化。其他几个磷酸化位点的分析表明，Ser318磷酸化是CPK28在Ca²⁺生理浓度下激活Ca²⁺所必需的，这可能是通过内在荧光实验表明的Ca²⁺结合活性状态的稳定化。总之，本研究的数据表明，在低细胞内[Ca²⁺]下激活CPK28需要Ser318的磷酸化，以防止在没有侵染的情况下启动免疫反应。相比之下，Ser318的磷酸化不是茎伸长所必需的，这表明基于磷酸化的Ca²⁺敏感性引发的途径特异性要求。本研究还提供了IV CDPK中Ser318磷酸化的保守功能的证据，该功能通过产生CDPK等位基因来增强对病原微生物的抗性而不影响产量，从而有望用于生物技术应用。

图 1. Ser318磷酸化在免疫稳态中差异调节CPK28功能

图2. CPK28在Ser31位点发生分子间自磷酸化

图 3. BIK1在Ser318处对CPK28进行转磷酸化，并且是CPK28依赖性免疫信号传导所必需的

图 4. Ser318处的磷酸化引发CPK28 Ca²⁺反应性

图 5. Ser318是IV组CDPK的保守特征

图 6. CPK28激活模型

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