山农大团队在植物抗逆机制研究领域连续取得新进展
发布时间:2021-02-07 09:12 来源:山东农业大学 A+A-
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近日,山东农业大学生科学院吴长艾教授和郑成超教授团队的研究成果发表在《分子植物》(Molecular Plant)上,揭示了羧基末端小肽受体2(CEPR2)调控脱落酸信号和转运的新途径,为研究人员培育节水、抗寒、抗病、耐盐等农作物新品种提供了新的理论依据。



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图为CEPR2对植物脱落酸转运体的调控机制

脱落酸(ABA)常被称为胁迫激素,在各种逆境下植物体内脱落酸水平都会急剧上升,诱导植物产生对不良生长环境的抗性,如抗旱性、抗寒性、抗病性、耐盐性等。前人的研究表明,植物体内的脱落酸受体可以感知环境胁迫诱导产生的脱落酸,与其特异性地结合在一起,发生分子构象变化,从而引发细胞内抗逆基因的表达;脱落酸转运体帮助脱落酸转运跨过生物膜,在植物细胞间和器官之间进行传递遇到逆境的信号,使植物打好“抗逆保卫战”。

吴长艾教授和郑成超教授团队在研究中发现,植物细胞质膜定位的类受体蛋白激酶CEPR2通过调控脱落酸受体蛋白的翻译后修饰,也就是磷酸化过程,进而引发植物响应体内脱落酸的变化。

该团队又通过一系列生化和遗传手段,证明了CEPR2调控植物脱落酸转运体,从而调控植物的抗逆反应。他们认为,植物在正常生长条件下,CEPR2可以同时诱导脱落酸受体和转运体蛋白的磷酸化过程,促进它们的降解,从而阻断脱落酸信号传递,维持植物的正常生长发育。在胁迫条件下,植物体内脱落酸含量迅速提升,大量积累的脱落酸解除了CEPR2对脱落酸受体和转运体的抑制作用,进而保证脱落酸信号在细胞和组织间的快速传递,启动植物体对不良环境的应答。

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图为吴长艾教授在实验室指导学生开展研究

生科学院张磊博士和于子鹏博士为共同第一作者,吴长艾教授和郑成超教授为共同通讯作者。该研究还得到了山东省自然科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金资金的支持。

揭示可变剪切调控植物抗盐新机制

近日,山东农业大学生科学院颜康副教授和郑成超教授课题组的研究成果发表在《新植物学家》(New Phytologist)上,创新性地揭示了植物特异剪接因子SR45a与加帽复合体核心组分CBP20互作,以响应在生长环境中盐分含量过高也就是盐胁迫时的调控机制。

据颜康介绍,植物为了适应和抵御盐胁迫的不利生长条件,进化出了多种应答机制。其中可变剪接(也称为选择性剪接)是基因脱氧核糖核酸(DNA)转变为核糖核酸(RNA)后关键的调控因子,可以通过选择不同的剪接位点,把RNA分子剪切成后形成不同的信使核糖核酸(mRNA),从而使一个基因可编码形成多个不同转录产物和蛋白产物,最终调控植物机体的生长发育。最近,越来越多的转录组数据表明,植物在受到多种环境胁迫时和发育时期中,可诱导产生不同的可变剪接形式,促使植物产生相应的应答机制,适应外界的生长条件。但剪接因子对植物盐胁迫的信号途径及有关机制并不清楚。

颜康副教授和郑成超教授课题组分别以高盐生长环境和正常生长条件下的拟南芥这种模式植物为研究对象,通过反转录PCR方法,对大量的剪切因子和存在可变剪切的不同基因进行研究,发现剪接因子SR45a在植物高盐生长环境下有明显变化,并且它也有两种产物即SR45a-1a和SR45a-1b。这两种形式能够被高盐胁迫显著诱导,推测该剪接因子可能参与了植物盐胁迫的分子调控信号途径。

为进一步探讨剪接因子SR45a参与植物盐胁迫的分子机制,该课题组又通过酵母双杂、BiFC、Co-IP等方法,发现SR45a的两种可变剪接形式SR45a-1a和SR45a-1b都可以和植物加帽复合体核心组分CBP20结合,而且SR45a-1b可以促进SR45a-1a与CBP20结合更加紧密。植物加帽复合体和可变剪接一样,主要调控RNA的加工过程,也就是帮助RNA加上帽子结构。颜康副教授和郑成超教授课题组认为,在植物盐胁迫环境下,SR45a通过SR45a-1a、SR45a-1b及其与CBP20共同作用,调控植物多种盐胁迫核心因子RNA加工过程,也就是基因转录水平和剪切情况。这一研究结果为植物剪接因子和CBC复合体共同响应,并调节植物应答盐信号提供了重要的证据,更新了目前对盐胁迫条件下转录后调控机制的认识。

生命科学学院李颖博士为该成果文章的第一作者,颜康副教授和郑成超教授为共同通讯作者。同时,该研究还得到国家自然科学基金的资金支持。

编辑:迟佳

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