拟南芥转录因子WRKY11的结构和DNA相互作用机制的研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yishaphoto123456
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WRYK蛋白是植物中特有的一类转录因子(TFs),WRKY转录因子在拟南芥中有74个,水稻中超过了 90个,广泛参与植物的发育和抗胁迫应答。WRKY家族的名称来源于这些蛋白质最突出的特征,即WRKY结构域,这是一个在家族成员中高度保守的含有60个氨基酸的区域。WRKY结构域由N端的保守氨基酸序列WRKYGQK和一个新的锌指状基序组成。这些蛋白质是调节性转录因子,都可以特异性识别W-box核心序列(TTCACC/T),但在调节多种靶基因表达方面具有差异性。WRKY蛋白是高度保守的:一方面,WRKY结构域序列高度相似;另一方面,同源顺式作用元件W-box高度保守。这些(T)(T)TGAC(C/T)序列元件包含不变的TGAC核心,这是WRKY结合以及发挥功能所必需的。同一植物物种内的不同WRKY亚组家族成员在DNA结合要求上也可能有所不同。这就有一个问题,不同WRKY成员是如何实现功能特异性的?这可能与WRKY转录因子还受W-box两侧的附加核苷酸序列以及WRKY转录因子可以与不同的蛋白形成复合体有关。我们主要通过核磁共振(NMR)方法,研究靠近W-box核心序列5’端相邻核苷酸对WRKY转录因子的调控机制。拟南芥WRKY11(AtWRKY11)属于WRKYTFs的Group Ⅱ亚家族,在调控植物防御非生物胁迫中起重要作用。目前对Group Ⅰ中WRKYTFs的结构及其与DNA的相互作用已有很多研究,但Group Ⅱ中WRKY TFs的结构特征及其受DNA调控的机制研究比较匮乏。本文利用核磁共振技术对AtWRKY11的DNA结合结构域的结构(DBD)及其与DNA的相互作用进行了研究。首先,利用三共振实验对AtWRKY11-DBD进行了主链归属,在化学位移基础上,利用CSI对其进行了二级结构预测,结果表明,AtWRKY11-DBD可能和其它WRKY转录因子Group Ⅰ成员中C端的蛋白一样具有5个β折叠。在AtWRKY1-C的晶体结构基础上对AtWRKY11-DBD进行了同源建模,与AtWRKY1-C相比,AtWRKY11-DBD的β1和β5折叠片之间可能存在局部差异。基于CSI二级结构分析手动分配的预测结构中AtWRKY11-DBD的β1链(TVRV片段)似乎向序列的N端移动,AtWRKY11-DBD中连接β1和β2的loop可能更长、更有柔性。在此基础上对AtWRKY11-DBD的核磁共振溶液结构进行了解析,AtWRKY11-DBD的β2-β4折叠片和AtWRKY1-C的结构基本一样,但是靠近N端的β片由于NOE太弱,无法进行结构计算,该折叠片可能不是很稳定。在自由态的结构基础上,对AtWRKY11-DBD与DNA的相互作用进行了研究。首先,对蛋白与DNA结合的特异性进行了核磁共振研究,通过观察AtWRKY11-DBD分别与12 bp W-box序列及随机序列结合的核磁谱图化学位移的变化,证明了 AtWRKY11-DBD特异性结合W-box。为了找到AtWRKY11-DBD 与 DNA 结合的关键界面,对 AtWRKY11-DBD 和 W-box 的复合物进行了主链归属和化学位移扰动分析。结果表明,化学位移扰动比较大的残基主要位于保守的 β2 链(W251RKYGQK257)、β1-β2 loop 区(K240IADI244)以及 β2-β3 loop区的K260。为了揭示WRKY TFs受DNA调控的机制,进一步研究了AtWRKY11-DBD及其突变体对W-box序列不同5’端相邻碱基的选择性。结果表明,AtWRKY11-DBD对W-box序列不同5’端相邻碱基为G的序列具有较高的选择性,单突变能够一定程度上改变蛋白对DNA的结合选择性。我们的研究为揭示WRKY TFs受DNA调控的机制奠定了基础。
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