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基本信息

主題：Ca²⁺激活的14-3-3蛋白在鹽脅迫中充當分子開關

期刊：Nature Communications

研究使用平臺：NMT植物耐鹽創新平臺

標題：Calcium-activated 14-3-3 proteins as a molecular switch in salt stress tolerance

作者：中國農業大學楊永青、郭巖、楊志佳

檢測離子/分子指標

Na⁺

檢測樣品

擬南芥根，距根尖300 μm根表上的點

中文摘要

鈣是一種常見的第二信使，可以觸發許多細胞反應。然而，目前還不清楚鈣信號是如何被不同的鈣傳感器（calcium sensors）協同解碼，進而調節下游的靶點以實現特定的生理功能。本研究表明PKS5可以負調控擬南芥中鹽分過度敏感（SOS）信號通路。PKS5能與SOS2在Ser²⁹⁴處相互作用并使其磷酸化，促進SOS2與14-3-3蛋白之間的相互作用，抑制SOS2的活性。然而，鹽脅迫促進了14-3-3蛋白和PKS5之間的相互作用，抑制了其激酶的活性，并且解除了對SOS2的抑制。研究為14-3-3蛋白與Ca²⁺結合，Ca²⁺調節14-3-3依賴的SOS2和PKS5激酶活性提供的了證據。研究結果表明，鹽誘導的鈣信號由14-3-3和SOS3/SCaBP8蛋白解碼，它們選擇性地激活/失活下游蛋白激酶SOS2和PKS5，通過協同介導質膜Na⁺/H⁺逆向轉運體和H⁺-ATPase活性來調節Na⁺穩態。NMT技術通過監測擬南芥根部Na⁺流確定了PKS5影響植物耐鹽性的方式。

離子/分子流實驗處理方法

7日齡擬南芥幼苗100 mM NaCl處理24 h

離子/分子流實驗結果

之前的研究結果表明PKS5能磷酸化SOS2并調節SOS2激酶活性，接下來需要確定PKS5是否影響擬南芥的耐鹽性。利用NMT技術，在100 mM NaCl處理12 h后，檢測了7日齡BigM、pks5-3和pks5-4幼苗根系分生區Na⁺流速。鹽脅迫根系呈現明顯的凈Na⁺外排，但pks5-3和pks5-4的外排速率明顯低于BigM（圖1c, d）。

SOS2的過表達并不能改善pks5-4鹽敏感表型，然而，pks5-4的鹽敏感表型是通過SOS2^S294A的表達所改善。然后本研究檢測了雜交株系中的Na⁺流速，發現SOS2^S294A的表達改善了pks5-4的Na⁺流速，而SOS2的表達卻沒有（圖1g, h）。因此，PKS5以依賴SOS2^Ser294磷酸化的方式負調節擬南芥的耐鹽性。

圖1. SOS2^Ser294突變可改善pks5-4的鹽敏感表型

其他實驗結果

• PKS5可以與SOS2在Ser294位點相互作用并磷酸化SOS2。

• PKS5通過磷酸化SOS2負調控SOS2激酶活性。

• PKS5通過14-3-3s抑制酵母中的SOS通路。

• PKS5依賴性的SOS2^Ser294磷酸化抑制SOS2激酶的活性。

• PKS5以依賴SOS2^Ser294磷酸化的方式負調控擬南芥的耐鹽性。

• 鹽脅迫增強了14-3-3蛋白與PKS5的相互作用。

• 鹽脅迫下，14-3-3蛋白抑制PKS5的活性。

• 14-3-3λ和14-3-3κ通過抑制PKS5活性調節PMH⁺-ATPase活性。

• 14-3-3λ和κ至少部分通過抑制PKS5激酶活性來調節擬南芥對堿性脅迫響應。

• 不同濃度的鈣參與調控14-3-3-介導的SOS2和PKS5的激活和抑制。

結論

有無鹽分的情況下，14-3-3蛋白結合并抑制SOS2或PKS5，這些蛋白-蛋白相互作用與14-3-3鈣結合親和力增強有關，這對植物適應鹽脅迫的能力至關重要。

離子流實驗使用的測試液

0.1 mM CaCl₂, 0.1mM KCl, 0.5 mM NaCl, 0.3mM MES, pH 6.0