PLOS GENETICS|四川大学揭示油菜素类固醇通过介导拟南芥中的 BIN2-UPB1调节根分生组织的发育

PLOS GENETICS|四川大学揭示油菜素类固醇通过介导拟南芥中的 BIN2-UPB1调节根分生组织的发育

202071日,四川大学生命科学院林宏辉等在PLOS GENETICS 上发表了一篇题为“Brassinosteroids regulate root meristem development by mediating BIN2-UPB1 module in Arabidopsis”的研究文献,该文献揭示了油菜素类固醇通过介导拟南芥中的 BIN2-UPB1调节根分生组织的发育。

文章来源

背景:

各种生理和遗传学研究已经提供了足够的证据来支持植物激素在根发育中的作用。油菜素类固醇(BR)在控制根的生长和发育中起着重要作用,但是在此过程中负调节因子的机制尚缺乏很好的研究。在这里,我们发现BIN2激酶是BR信号传导中的负性成分,与UPB1相互作用并被磷酸化以稳定和促进其结合能力。

结果:

BR通过BIN2BES1 / BZR1介导根分生组织的发育

为了评估BR在根分生组织生长中的作用,研究了BR生物合成突变体det2-1BR反应性突变体。结果表明BRs依赖于BIN2或其下游组件BZR1 / BES1促进根分生组织的发育。

BR相关突变体中的根分生组织表型发生了变化

1. BR相关突变体中的根分生组织表型发生了变化

BIN2UPB1相互作用并使其磷酸化

为了验证BIN2调节根分生组织发育的分子机制,我们使用Y2H系统筛选了与BIN2相互作用的根分生组织发育相关组件。使用BiFC分析进一步证实了该结果,并发现相互作用发生在细胞核中。Co-IP分析表明,BIN2与植物中的 UPB1相关。数据证明BIN2UPB1蛋白相互作用并使之磷酸化。


BIN2与UPB1相互作用并使之磷酸化 2.BIN2UPB1相互作用并使之磷酸化

BR信号介导UPB1调控的根分生组织发育

为了确定UPB1BR信号通路中的生物学功能,我们分析了pUPB1-YFP转基因植物,并在叶静脉和根部观察到荧光信号。表达分析表明,外源施用BL后根分生组织中UPB1表达逐渐降低。数据表明,UPB1在调节根分生组织发育的BR信号传导途径中起着负作用。

UPB1作为BR信号通路中的负调节剂

UPB1作为BR信号通路中的负调节剂

3. UPB1作为BR信号通路中的负调节剂

BIN2通过UPB1增强根分生组织发育的调控

为了检测BIN2UPB1的磷酸化是否会影响UPB1蛋白的稳定性,我们评估了在MG132和环己酰亚胺(CHX)处理的情况下UPB1的稳定性。结果表明,UPB1BR信号传导中的功能可以通过26S蛋白酶体途径在蛋白质水平上调节,BIN2在功能上与普通遗传途径中的UPB1相互作用,以控制根分生组织的发育。这些结果表明UPB1BR反应中在BIN2的下游遗传起作用。

BIN2调节UPB1的稳定性

BIN2调节UPB1的稳定性

4. BIN2调节UPB1的稳定性

为了鉴定参与UPB1调控的根分生组织发育的新成分,我们使用了pUPB1-UPB1-HA-Flag / upb1-1转基因植物,然后通过免疫沉淀与质谱(IP-MS)结合,并检测到PRE3肽的高富集度。鉴于PRE3具有五个同源基因,我们进行了BiFC分析以检测与UPB1相互作用的蛋白质。发现PRE2也与UPB1相互作用(图S8)。这些结果表明PRE2 / 3 在体外和体内与UPB1蛋白相互作用。

BiFC分析PRE2/3与UPB1相互作用

图5.BiFC分析PRE2/3与UPB1相互作用


结论:

研究结果提出了一种调节模型,显示BR信号传导如何调节BIN2-UPB1蛋白复合物的组装和活性,从而调节根分生组织的发育。在不存在BR的情况下,BIN2使UPB1磷酸化并使蛋白质稳定,随后阻断UPB1PRE2 / 3蛋白质之间的相互作用,从而增强DNA结合能力并抑制根分生组织的发育。在存在BR的情况下,BR抑制BIN2激酶的活性,而26S蛋白酶体不稳定和降解UPB1PRE2PRE3从细胞质移至细胞核并与UPB1相互作用,因此增强了BR对根分生组织发育的信号输出作用。我们的发现为通过BIN2-UPB1调控BR分生组织的BR信号提供了重要见解。

参考文献:

Xi D, Chen X, Wang Y, Zhong R, He J, Shen J, et al. Arabidopsis ANAC092 regulates auxin-mediated root development by binding to the ARF8 and PIN4 promoters. J Integr Plant Biol. 2019; 61(9):1015–31. https://doi.org/10.1111/jipb.12735 PMID: 30415491.

Zhang D, Ye H, Guo H, Johnson A, Zhang M, Lin H, et al. Transcription factor HAT1 is phosphorylated by BIN2 kinase and mediates brassinosteroid repressed gene expression in Arabidopsis. Plant J. 2014;77(1):59–70. Epub 2013/10/30. https://doi.org/10.1111/tpj.12368 PMID: 24164091.

Ye H, Liu S, Tang B, Chen J, Xie Z, Nolan TM, et al. RD26 mediates crosstalk between drought andbrassinosteroid signalling pathways. Nat Commun. 2017; 8:14573. Epub 2017/02/25. https://doi.org/10.1038/ncomms14573 PMID: 28233777; PubMed Central PMCID: PMC5333127.


DOI: 10.1371/journal.pgen.1008883

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PLOS GENETICS|四川大学揭示油菜素类固醇通过介导拟南芥中的 BIN2-UPB1调节根分生组织的发育
2020年7月1日,四川大学生命科学院林宏辉等在PLOS GENETICS 上发表了一篇题为“Brassinosteroids regulate root meristem development by mediating BIN2-UPB1 module in Arabidopsis”的研究文献,该文献揭示了油菜素类固醇通过介导拟南芥中的 BIN2-UPB1调节根分生组织的发育。
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