西北農(nóng)林科技大學(xué)揭示植物維持錳穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制

西北農(nóng)林科技大學(xué)王存課題組聯(lián)合鞏志忠課題組通過Aequorin報告基因以及Fluo-4染色方法，首次明確了高錳脅迫能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生Ca2+信號。基于此，進(jìn)一步研究了鈣信號在高錳脅迫中的作用和分子機(jī)制。通過系統(tǒng)篩選發(fā)現(xiàn)，鈣依賴蛋白激酶CPKs家族中的CPK4/5/6/11與定位于液泡膜的錳轉(zhuǎn)運(yùn)體MTP8物理互作。利用多種蛋白互作技術(shù)證明了CPK4/5/6/11與MTP8互作的真實(shí)性。最后，通過體內(nèi)體外磷酸化、酵母功能互補(bǔ)、元素含量測定以及生理表型等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CPK4/5/6/11通過磷酸化MTP8的第31位和32位絲氨酸激活其轉(zhuǎn)運(yùn)活性，進(jìn)而將細(xì)胞質(zhì)中的多余錳離子轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)液泡內(nèi)，提高植物耐受錳毒害的能力。此外，模擬磷酸化狀態(tài)的MTP8還能提高植物在低錳脅迫條件下的種子萌發(fā)和幼苗生長。綜上所述，該研究明確了高錳脅迫會引起植物細(xì)胞內(nèi)鈣信號，解決了長期以來困擾科學(xué)家的疑問，系統(tǒng)解析了Ca2+-CPK4/5/6/11-MTP8信號通路調(diào)控植物錳穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制，為培育有益重金屬超富集作物和有毒重金屬低積累品種提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

相關(guān)研究成果于2021年3月4日在線發(fā)表在《Molecular Plant》上。