农生智慧｜李子兴团队揭示拟南芥对渗透胁迫响应的新机制

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2023年 6月20日，上海交通大学农业与生物学院李子兴副教授课题组在The Plant Cell杂志上发表了题为“Arabidopsis PLANT U-BOX44 down-regulates osmotic stress signaling by mediating Ca²⁺-DEPENDENT PROTEIN KINASE4 degradation”的研究论文，揭示了植物U-BOX类型的E3泛素连接酶PUB44，能够识别并泛素化修饰CPK4 促其通过26S蛋白酶体途径降解，调节细胞内CPK4的蛋白丰度以响应植物渗透胁迫的分子机制。

渗透胁迫条件下，植物胞质自由钙离子浓度会快速上升。钙依赖的蛋白激酶（calcium-dependent protein kinase，CPK）结合细胞内钙离子，蛋白构象发生改变，释放自抑制域对激酶活性的抑制，并通过自磷酸化或其他激酶的磷酸化而激活，激活的钙依赖的蛋白激酶磷酸化下游底物蛋白，激发植物渗透胁迫信号，使植物响应渗透胁迫。CPK4在植物响应干旱胁迫时作为正调因子发挥重要作用，促使植物细胞调节自身生理活动以响应环境渗透胁迫。然而，在渗透胁迫条件下，植物如何精确调控CPK4蛋白的机制尚不清楚。

本研究鉴定到一个U-BOX类型的E3泛素连接酶PUB44，能够识别并泛素化修饰CPK4 促其通过26S蛋白酶体途径降解，调节细胞内CPK4的蛋白丰度。渗透胁迫信号下，CPK4结合钙离子，蛋白发生构象改变，减弱PUB44泛素连接酶对CPK4蛋白的泛素化修饰程度。同时，渗透胁迫信号还会抑制PUB44蛋白的泛素酶活性，进一步降低CPK4蛋白的泛素化修饰水平。通过这些方式，植物细胞在正常环境下维持一定CPK4蛋白的丰度，并在胁迫条件下快速增加CPK4蛋白的含量，激活细胞适应性生理活动来响应渗透胁迫（图1）。

图1.  E3泛素连接酶PUB44调控CPK4蛋白机制模式图

未来，将进一步探究CPK4结合钙离子，蛋白构象的变化是如何影响CPK4蛋白的泛素化修饰。为什么CPK4蛋白丰度特异受到盐、渗透胁迫，而非温度和营养胁迫的调节。

上海交通大学农业与生物学院李子兴团队2019级博士研究生范威为论文第一作者，李子兴副教授为通讯作者。课题组博士生廖锡良，王曦若，博士后谭艳秋参与了该研究工作；美国加州大学圣地亚哥分校Julian I. Schroeder教授也参与了该研究工作。项目得到了国家自然科学基金（NSFC31970297）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad173

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上海交通大学农业与生物学院

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