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中国农大杨淑华研究团队揭示OST1-BTF3L蛋白复合体调控植物低温应答新机制

近日,国际知名学术期刊The EMBO Journal在线发表中国农业大学杨淑华课题组题为“OST1-mediated BTF3L phosphorylation positively regulates CBFs during plant cold responses”的研究论文。研究发现新生多肽链偶联蛋白复合体βBTF3L (Basic Transcription Factor 3 Like) 正调控植物低温应答。低温条件下,BTF3L蛋白被蛋白激酶OST1磷酸化,导致BTF3LCBFs蛋白互作增强,从而增强CBFs蛋白的稳定性,进而提高植物的抗冻能力。该研究揭示了OST1-BTF3L蛋白复合体调控植物响应低温胁迫的分子机制,促进人们对植物低温应答调控机制的理解。


图1. 低温激活蛋白激酶OST1的活性,激活的OST1磷酸化BTF3s。磷酸化的BTF3s蛋白与CBFs蛋白互作增强,从而增强CBFs蛋白的稳定性。另外,BTF3s蛋白间接正调控CBFs基因的表达。BTF3s对CBFs的双重调控最终提高植物的抗冻能力。


随着全球气候的变化,极端温度 (不利于植物生长的温度) 已经成为限制植物生长发育的关键环境因素之一。为了阐明植物低温应答的分子机制以及为培育抗低温新品种提供候选基因,中国农业大学杨淑华研究团队长期致力于植物低温胁迫信号通路的研究。近年来,该研究组陆续发现调控植物低温应答的新组分并取得一系列重要进展,其中包括一些蛋白激酶,如OST1 (Developmental Cell, 2015), CRPK1 (Molecular Cell, 2017), MPK3/6 (Developmental Cell, 2017);还包括一些转录因子,如EIN3 (Plant Cell, 2012), PIF3 (PNAS, 2017),BZR1 (Molecular Plant, 2017)。

先前研究表明,蛋白激酶OST1被低温激活后,磷酸化低温信号重要的转录因子ICE1,抑制ICE1的泛素化降解,从而增强植物的抗冻能力 (Developmental Cell, 2015)。为了进一步研究OST1调控植物低温应答的分子机制,杨淑华研究团队通过蛋白质谱方法结合酵母双杂交、体外Pull-down实验,双分子荧光标记 (BiFC) 和免疫共沉淀鉴定 (co-IP) 等实验证明BTF3和BTF3L是OST1的互作蛋白。进一步研究表明,在低温条件下,BTF3L能够被激活的OST1蛋白磷酸化,从而增强其与CBFs蛋白的相互作用。结果导致CBF蛋白稳定性增强,下游低温应答基因COR高量表达,植物的抗冻能力增强。此外,BTF3L蛋白通过间接调控CBFs基因的表达增强植物的抗冻能力。该研究发现并阐明低温应答新组分BTF3L调控植物低温应答的分子机制,同时也揭示了OST1在植物响应低温胁迫中新的调控机制。

该研究在中国农业大学植物生理学与生物化学国家重点实验室完成,丁杨林博士为第一作者。该论文其他作者包括杨淑华研究团队的施怡婷博士、张晓燕博士、博士研究生贾玉鑫同学、中国农业大学巩志忠教授,以及河南大学宋纯鹏教授。杨淑华教授为该论文的通讯作者。该研究得到中国农业部转基因研究专项基金、国家自然科学基金及中国博士后基金的资助。

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