Nat Plants|中科院分子植物卓越中心赵春钊团队揭示植物平衡生长和盐胁迫响应的分子机制


磷酸化修饰是生物体内最广泛存在的PTM,迅速响应的可逆磷酸化是蛋白活性的分子开关,调节着植物生长分化、细胞间通信、环境响应等生命全过程。磷酸化修饰是调节光敏色素B(phyB)热逆转所必需的,但磷酸化(s) phyB的激酶(s)和磷酸化的生物学意义尚不清楚。



2023年4月中国科学院分子植物研究中心赵春钊研究团队Nature  Plants(IF=17.352)上发表了名为“ FERONIA coordinates plant growth and salt tolerance via the phosphorylation of phyB ”的研究文章。该研究文章发现磷酸化不仅触发光体解离调节细胞核PhyB的蛋白丰度,且类受体激酶FERONIA(FER)磷酸化PhyB可以加速PhyB从活性形式(Pfr)向非活性形式(Pr)的转化,此外PhyB突变或过表达PIF5还可以减弱生长抑制,促进盐胁迫下存活,这些研究结论揭示了FER结构域可以结合PhyB磷酸化调节植物生长和耐盐性机制。这一研究结论中,拜谱生物提供了磷酸化修饰蛋白质组学、PRM靶向磷酸化修饰蛋白质组学技术服务,为确定FER结合PhyB磷酸化进而调控植物耐盐性的结论提供强有力证据。此外,该文章由拜谱生物首席科学家李荣霞教授联合署名发表。


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文章名称:FERONIA coordinates plant growth and salt tolerance via the phosphorylation of phyB(Nature plant. IF=17.35,2023.04)

客户单位:中国科学院分子植物研究中心

研究领域:拟南芥、磷酸化、铁蛋白

研究材料:免疫沉淀磁珠

拜谱提供技术:磷酸化修饰蛋白质组学、PRM靶向磷酸化修饰蛋白质组学




PART 01

思路流程图


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PART 02

研究结果

作者团队此前研究发现,细胞壁蛋白LRX3/4/5和类受体激酶FER组成一个分子模块来调控植物生长和耐盐性。通过筛选突变体的抑制子,作者发现phyB基因突变能够抑制lrx345和fer-4突变体植株对盐胁迫敏感的表型。FER是一种质膜定位的受体样激酶,它包含一个细胞质激酶结构域(FERKD),为了进一步确认FER和phyB之间的生物学关系,研究人员使用免疫共沉淀(CO-IP)检测拟南芥中FER-phyB的相互作用,结果显示FER-CD能够磷酸化phyBN(图1)。

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(图1)| FER与phyB的n端结构域相互作用并磷酸化

(图片再编辑:Xin Liu, et al., Nature plant, 2023)


为了进一步验证FER介导了phyB的磷酸化作用,研究人员进行了磷酸化修饰蛋白质组学质谱分析。在phyB的对照样品中发现一个与非磷酸化phyB分子量相匹配的峰(图2a),在这个峰旁又出现了两个峰;这两个新出现峰的分子量分别增加了1个和2个磷酸盐(图2a),表明至少有两个残基被FER-CD磷酸化,且免疫印迹分析结果显示fer-4突变体中phyB-GFP的磷酸化水平显著降低。

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(图2)| 通过FER鉴定phyB的磷酸化位点

(图片再编辑:Xin Liu, et al., Nature plant, 2023)


研究人员利用磷酸化修饰蛋白质组学质谱分析磷酸化位点,发现有两个残基Ser106和Ser227,在与FERCD孵育后,phyB中的磷酸化水平增加(图2b)。为了验证这两个残基是FERCD对phyB的磷酸化位点,研究人员同时突变为Ala,并对突变的phyB进行体外激酶分析和LC-MS质谱分析,两种结果均证实它们是FER磷酸化的主要位点(图2c)。为了进一步验证这两个残基在体内的磷酸化作用,研究人员对野生型和fer-4突变体进行了PRM靶向磷酸化修饰蛋白质组学质谱分析,证实它们是植物phyB的磷酸化位点(图3a、b)。与野生型相比,fer-4突变体中Ser106和Ser227均表现出磷酸化水平降低(图3c、d),这些结论证实了FER与phy-B磷酸化相关。

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(图3)| 用FER鉴定拟南芥中phyB的磷酸化位点

(图片再编辑:Xin Liu, et al., Nature plant, 2023)


后续进一步分析表明fer-4突变导致了phyB对红光的响应增加,且当Ser106和Ser227组成性磷酸化时,phyB活性会受到损伤。而phyB突变提高了拟南芥和水稻的耐盐性,当破坏phyB时有利于提高植物在盐胁迫下的生存。此外phyB突变对lrx345和fer-4突变表型的抑制依赖于PIF蛋白的积累,过表达PIF5转基因植株的分析结果表明,植物phyb-pifs介导的光信号通路在高盐条件下调节植物生长。



PART 03

 小 结



研究人员通过揭示FER介导的phyB磷酸化水平、光和盐胁迫信号通路间的串扰机制,加深了人们对于植物在不利环境条件下如何快速和动态协调生长和胁迫反应的理解,并阐述了质膜定位的受体样激酶通过磷酸化信号调节核定位蛋白周转控制核输出,这些研究结果表明phyB突变或PIF基因的过表达不仅促进植物生长,而且显著提高植物在盐胁迫下的存活率,为耐盐作物工程提供重要遗传位点。



PART 04

 拜谱小结 

本文通过鉴定盐胁迫下铁蛋白FER磷酸化phyB进而调节植物生长和耐盐性的生理机制,揭示了一种通过磷酸化特征介导phyB周转的激酶,为FER-phyB模块协调植物生长和胁迫耐受性方面提供了新见解。这一过程中拜谱生物提供磷酸化修饰蛋白质组学、PRM蛋白质组学技术服务,为验证FER参与PhyB磷酸化打下了坚实基础。针对磷酸化修饰水平的鉴定,拜谱生物可以提供多种磷酸化修饰组学服务技术,其中超高深度DIA·磷酸化修饰组学单个样本检测可靠磷酸化位点高达50000+个,分析全面,极具竞争优势。而PRM是一种无需抗体,基于数据库检索可以同时靶向数十种蛋白且能够实现相对或绝对定量,针对目标蛋白进行验证的一种技术,相较于传统的Western-blot,PRM蛋白质组学技术通量更高,准确性更强。此外,拜谱生物可提供蛋白质组学、修饰蛋白质组学、代谢组学等多组学技术服务,助力发表高分文献,欢迎各位老师咨询。


参考文献:Liu X, Jiang W, Li Y, Nie H, Cui L, Li R, Tan L, Peng L, Li C, Luo J, Li M, Wang H, Yang J, Zhou B, Wang P, Liu H, Zhu JK, Zhao C. FERONIA coordinates plant growth and salt tolerance via the phosphorylation of phyB. Nat Plants. 2023 Apr 3.

参考文献:Liu X, Jiang W, Li Y, Nie H, Cui L, Li R, Tan L, Peng L, Li C, Luo J, Li M, Wang H, Yang J, Zhou B, Wang P, Liu H, Zhu JK, Zhao C. FERONIA coordinates plant growth and salt tolerance via the phosphorylation of phyB. Nat Plants. 2023 Apr 3.



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