磷酯酸调节拟南芥MKK7/MKK9响应盐胁迫的机理研究

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MAPK(mitogen-activated protein kinase)级联系统是真核生物中高度保守的信号通路,由三组蛋白激酶组成,在信号转导的过程中依次由MAPK kinase kinase传递给MAPK kinase最终到达MAPK。MAPK能够磷酸化胞质和细胞核中的多种靶蛋白,包括其他激酶、酶或转录因子等。在拟南芥基因组中有20个MAPK、10个MAPKK和至少60个MAPKKK,广泛参与调控诸多生物与非生物胁迫、激素应答、细胞增殖、分化及发育过程。  在高等植物和动物中磷脂代谢在许多信号转导通路中起到重要的作用。在胁迫诱导的信号转导中,磷脂酸(PA)主要有两条途径产生,一是由磷脂酶D(PLD)水解如磷脂酰胆碱(PC)和磷脂酰乙醇胺(PE)的结构磷脂直接产生,二是由磷脂酶C(PLC)途径间接产生,首先水解多聚磷酸肌醇(PPI)产生二酰甘油(DAG),然后在二酰甘油激酶的作用下产生PA。PA作为一个第二信使通过调控蛋白激酶、蛋白磷酸酶、小G蛋白和微管生成相关蛋白等参与调节植物生长发育。  本实验室以前的研究结果发现,PA能够通过MPK6调节拟南芥响应盐胁迫,由此我们猜想是否存在MPK6的上游同样参与调控这一信号途径。在前期工作中我们发现MPK6的四个潜在上游MKK1、MKK2、MKK5和MKK6均不能与PA结合,在本文中我们在大肠杆菌中表达了MKK7、MKK9的His融合蛋白,通过蛋白脂结合实验发现MKK7和MKK9均能与PA强烈结合。MKK7能够在体外磷酸化MPK6,并且这一结果在体内得到进一步证实。进而我们研究了PA对MKK7、MKK9磷酸化MPK6的活性的影响,首先我们在原生质体中瞬时表达了带有Flag标签的MKK7、MKK9,用25 mM NaCl处理这些原生质体纯化带标签的MKK7和MKK9,以点突变失活的MPK6为底物测定激酶磷酸化活性,发现盐处理导致MKK7和MKK9活性增强;以20μM PA(16∶0-18∶2)取代NaCl处理,同样使这两者的活性升高。我们在pldα1的原生质体中进行了同样的实验,发现PLDα1的缺失使得盐处理后MKK7、MKK9活性基本不变。这表明盐胁迫下MKK7、MKK9活性的上升是由于盐信号刺激PLDα1产生的PA与前两者结合后引起的,PLDα1/PA在整个信号通路中位于MAPK级联系统的上游。  在MAPK级联系统中,活化的MKK磷酸化激活下游的MPK,为验证受盐信号激活的MKK7/MKK9能够激活MPK6,我们先比较了野生型(WT)和mkk7、mkk9以及mkk7/9双突变体幼苗中MPK6的活性,发现用100 mM的NaCl处理10 min后,野生型中MPK6活性明显升高;mkk7、mkk9以及mkk7/9双突变体幼苗中的MPK6并未像野生型中的那样活性上升,表明MKK7、MKK9的缺失阻断了MPK6对盐信号的响应。当MPK6与MKK7/MKK9在原生质体中共表达时,MPK6无论在有无处理的情况下都明显比MPK6单独表达时的活性强,由此我们可以确信MKK7/MKK9在MPK6响应盐胁迫中起正调控作用。  我们通过免疫印迹分析了PA处理前后质膜和胞质中MKK7/MKK9含量的变化,发现PA处理15 min后质膜上的MKK7/MKK9的含量明显增多,胞质中的明显减少。分别在野生型和pldα1突变体的原生质体中表达MKK7/MKK9,用50 mM的NaCl处理60 min,发现MKK7/MKK9在野生型原生质体中的分布变化与PA处理相同,而在pldα1突变体的原生质体中其分布并未发生变化。综上所述,我们得出结论,盐胁迫下MKK7/MKK9在细胞中分布的变化是由于PLDα1产生的PA所引起的。  我们又在原生质体里表达荧光蛋白,用激光共聚焦显微镜观察蛋白定位的方法检验此结论,发现原生质体中的MKK7/MKK9与MPK6普遍共定位与细胞核、细胞质和质膜上,外源施加PA后MKK7/MKK9由胞质向质膜上移动;盐处理后约15-20 min同样能够观察到这种移动。在pldα1突变体的原生质体中进行相同处理却没有观察到由胞质向质膜移动的趋势,进一步确定PA在调节MKK7/MKK9感受盐信号改变在细胞中分布过程中起到的作用。  综上所述,磷脂酸能够通过调节拟南芥中MKK7/MKK9的活性和在细胞中的定位响应盐胁迫。
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