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OsSPX4通过与OsPHR2互作负调控水稻控磷酸盐信号和磷酸盐稳态

已有 1924 次阅读 2019-11-28 19:24 |个人分类:论文阅读日记|系统分类:论文交流| 水稻, SPX4, PHR2, 磷酸盐信号

OsSPX4通过与OsPHR2互作负调控水稻控磷酸盐信号和磷酸盐稳态


名称SPX4 Negatively Regulates Phosphate Signaling and Homeostasis through Its Interaction with PHR2 in Rice (2016)

第一作者:Qundan Lv,

通讯作者:吴平教授

第一单位:浙江大学

DOIwww.plantcell.org/cgi/doi/10.1105/tpc.114.123208

 

PHR2是水稻磷信号途径的关键调节因子,在Pi缺乏时,可以通过增强PSIs基因的表达,提高Pi获取。但是PHR2不响应Pi饥饿,那么PHR2是如何被激活去调节适应不同Pi状态的呢?近期的研究表明,NRT1.1B-SPX4-PHR2N-P调控网络的关键分子模块,该论文是SPX4PHR2的互作关系证明。

 

前言

At-PHR通过和P1BSPHR1结合序列)结合,激活PSIs基因表达,磷酸盐剂量性的调节磷饥饿响应,水稻中Os-PHR2具有相同的功能。At-PHR1At-PHL1 (PHR1-like1)调控分子模块至少存在3Pi信号和稳态途径:第一,PHR1正调控IPS1miR399,从而调控PHO2的转录,PHO2进一步调控PHO1蛋白的稳定性,最终介导Pi木质部维管束的装载,其中miR399介导PHO2的剪切,而IPS1干扰miR399PHO2的靶向作用第二,At-PHR1 (PHR2)正调控miR827SPX-MFS1SPX-MFS2的剪切作用。第三,PHR2直接调控Pi转运基因,如PT2(地下向地上Pi转运)。

水稻中有6SPX家族蛋白,除了OsSPX4均正调控Pi饥饿反应。水稻SPX1, SPX3SPX5负调控 PHR2,但负调控机制和SPX功能的差异尚不清楚。

 

结果

1、  SPX4PHR2互作

利用高低Pi条件下的水稻OE-PHR2-FLAG转基因株系进行Co-IP 实验,寻找有无磷下的差异蛋白,并用LC-MS鉴定,发现了4个蛋白,其中有一个为SPX4 (LOC_Os03g61200)。利用Y2HPull-Down实验进一步对SPX4-PHR2的互作进行验证,表明SPX4可以和PHR2C端的MYB-CC结构域直接互作。

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2、  SPX4负调控PHR2

OE-SPX4在正常情况下生长受到抑制,地上部分的Pi含量下降,PSIs显著下降,表明SPX4参与维持Pi稳态。OE-PHR2株系高磷状态下地上部分Pi过度积累(老叶出现坏死症状),PSIs表达上调,但被OE-SPX4导入后抑制。spx4突变体高磷状态下生长受到抑制,地上部分Pi积累增多IPS1, miR399miR827PT2PSIsPHR2下游基因下调,表明SPX4通过抑制PHR2的活性负调控Pi信号。EMSAChIP-qRT实验表明SPX4本身不能结合到P1BS-LIKE)基序,但通过与PHR2互作抑制PHR2结合到P1BS基序上。

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3、   SPX4蛋白的稳定性依赖于细胞内磷酸盐水平

GUS染色和原位杂交实验表明在高磷状态下,SPX4主要在根细胞,叶肉和叶维管束中表达,但表达水平在无Pi条件下下降。在磷饥饿条件下,SPX4蛋白的随着时间的正常而不断减少,在添加Pi后,又迅速恢复,表明Pi饥饿加速SPX4蛋白的降解。细胞外降解实验表明,Pi或者类似物在体外促进SPX4的稳定性。

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4、   SPX4蛋白抑制PHR2的质核转移

SPX4定位在质膜和细胞核。SPX4PHR2BiFC实验表明,PHR2可以在细胞核中形成同源二聚体,当SPX4-GFPPHR2-mCherry共表达时,PHR2信号主要在质膜上,核中信号减少。对WTspx4OE-SPX4不同背景下细胞质和细胞核中的PHR2蛋白水平检测,发现spx4背景下质膜和细胞核中的PHR2蛋白增高,但核中蛋白增加的更加显著;OE-SPX4背景的细胞核中PHR2蛋白显著减少,而细胞质中的PHR2含量无显著变化。

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总结:

SPX4通过抑制PHR2的质核转移,抑制PHR2对下游PSIs的激活作用。在高Pi状态下,SPX4在细胞质和细胞核中与PHR2互作,在核中抑制PHR2 PSIs基因启动子P1BS基序的结合能力;在Pi缺乏时,SPX4通过26S泛素化蛋白酶体途径降解,降低了对PHR2的抑制作用,PHR2进入核中启动下游PSIs基因的表达。

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