zhoutianshun的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zhoutianshun

博文

水稻SPX6通过抑制转录因子PHR2负调控磷酸盐饥饿响应

已有 3323 次阅读 2020-1-6 00:09 |个人分类:论文阅读日记|系统分类:论文交流| 水稻, 磷饥饿响应, SPX蛋白, PHR2, Pi信号

水稻SPX6通过抑制转录因子PHR2负调控磷酸盐饥饿响应

名称:Rice SPX6 negatively regulates the phosphate starvation response through suppression of the transcription factor              PHR2

期刊:New Phytologist (2018)

第一作者:Yongjia Zhong

通讯作者:毛传藻 教授(浙江大学生科院)

DOI10.1111/nph.15155

 

前言

水稻MYB转录因子OsPHR2是水稻磷吸收的关键转录激活子,也是低磷条件下细胞内的磷再分配的关键基因。PHR2可以直接结合到磷饥饿诱导基因(PSIs)的启动子或5‘非翻译区。水稻中有两条MicroRNA介导和   PHR2相关的途径: OsPHR2-miR399-PHO2OsPHR2-miR827-OsSPX-MFS1&2 途径。

研究表明,水稻中的SPX蛋白家族可以负调控OsPHR2的活性和转录激活。水稻中6SPX蛋白家族分为三个亚家族:SPX1/2; SPX4SPX1/3/5OsSPX1/2通过直接和PHR2互作,抑制PHR2蛋白活性及其与PSIs基因的结合能力。在低磷状态下,SPX4抑制PHR2的质核转移。在Pi充足时,SPX4SDEL1/2泛素化降解, PHR2蛋白构象恢复,进入细胞核激活下游PSIs基因的表达,促进Pi吸收。SPX蛋白可以感知多磷酸肌醇(多磷酸肌醇)分子,SPX6尚未被系统研究。

 

结果

1SPX1-6Pi饥饿响应表达模式

除了SPX4,所有SPX基因在磷饥饿处理7天后表达均上调,SPX1/2在地上部分高度诱导,SPX3/5地上部分被轻微诱导,而SPX4不响应磷饥饿。在重新供应Pi 1天之后,所有SPX基因均回到正常水平。因此,SPX6Pi信号途径的重要调控因子。

image.png


2SPX6负调控PHR2的功能

在正常条件下,OX-SPX6转基因株系的生长受到抑制,生物量减少,地上部分的Pi积累下降,根中Pi积累量变化不显著,PSIs基因表达显著降低。RNAi-SPX6转基因株系中,地上部分的Pi积累量显著升高,根Pi积累量变化不明显;PSIs基因表达显著诱导上调。spx-talen转基因株系(缺AAAE四个碱基)的生长同样受到抑制,Pi积累上调,IPS1基因表达升高,且表型变化比RNAi-SPX6转基因株系更严重。

高磷状态下,OX-SPX4/PHR2双突变体中,由于OX-PHR2所引起的叶尖坏死和生长抑制表型得到缓解。地上部分的Pi积累量显著下降,PISs等基因表达回到野生型水平。

这些结果表明:SPX6负调控水稻Pi信号转导和Pi稳态。

image.png

image.png


3SPX6PHR2互作

利用C-PHR2作诱饵(全长PHR2具有对酵母具有毒性,且N-PHR2具有转录激活活性)进行酵母双杂,和Co-IP表明SPX6PHR2在体内外均可以发生互作。

image.png


4SPX6干扰PHR2的质核转移

亚细胞定位实验表明SPX6定位在细胞核和细胞质。BiFC实验表明,SPX6PHR2在细胞核和细胞质中均能发生互作,SPX6可以形成同源二聚体,和SPX4可以形成异源二聚体。在番茄叶片中瞬时共表达35S-SPX6-GFP35SPHR2-mCherry发现,SPX6可以改变PHR2的亚细胞定位。

image.png


5SPX6抑制PHR2和靶基因的结合

利用EMSA和双荧光素酶报告系统,检测SPX6PHR2-P1BS基序结合的影响。结果表明,SPX6抑制PHR2P1BS基序的结合能力。

image.png


6Pi饥饿处理时,SPX6蛋白表达水平和表达模式分析

利用SPX6pro-gSPX6-GFP转基因幼苗检测Pi饥饿处理的不同时期的转录和翻译水平。结果表明,SPX6的表达水平随着Pi饥饿处理时间的增长而增加,在添加PiSPX6表达下降。地上部分的SPX6蛋白积累在第3小时开始减少,随着时间的推移减少量不断增加,直至不能检测到,添加Pi后,SPX6蛋白迅速回到正常水平。根中SPX6蛋白的积累量在Pi缺乏时不断增多,当添加Pi后,迅速减少到正常水平。细胞外降解实验分析表明,SPX6通过26S蛋白酶体泛素化降解。

image.png


GUS报告基因系统研究表明,在Pi充足时,SPX6在叶中高表达,而SPX4在叶和根中均高表达。当Pi缺乏时,叶中SPX4SPX6表达量均下降,而根中SPX6在根分生组织积累,而SPX4却降解。

image.png


7PHR2介导SPX6诱导的Pi饥饿响应

利用EMSA检测低磷条件下PHR2是否直接调节SPX6P1BS基序,结果表明PHR2可以直接结合到SPX63P1BS基序。且phr2突变体株系在低磷条件下地上和地下部分的SPX6的表达降低。表明PHR2通过结合到SPX6启动子上的P1BS基序,介导SPX6诱导的Pi饥饿响应。

image.png


8SPX4和在负调控Pi信号和Pi稳态的功能上具有加性效应

低磷条件下,spx4-talen/ spx6-talen双突变体比单突变体的生长抑制更加明显。高磷条件下,地上部分和地下部分的Pi积累量显著高于单突变体,IPS1表达量更高。表明SPX4和在负调控Pi信号和Pi稳态的功能上具有加性效应

image.png


讨论:

1、  SPX6通过和PHR2直接互作抑制PHR2功能,而负调控Pi信号途径;

2、  SPX6可能主要在地上部分发挥功能;低磷条件下SPX6在根中积累,可能参与根的分化;

3、  过表达和抑制SPX6均造成生物量降低,暗示提高P利用率操时,胞内Pi稳态调控的精细控制需要多个基因的共同作用;

4、  SPX结构域中的AAAE四个氨基酸时SPX6PHR2结合所必须,删除不影响多磷酸肌醇的结合能力,影响蛋白的正确折叠改变蛋白的结构;

5、  SPX6的功能和SPX3/5更加相近;但SPX6可能是唯一通过不同的机制调节PHR2SPX蛋白;

6、  Pi充足时,SPX4SPX6在细胞质与PHR2结合,抑制PHR2的质核转移,在细胞核中,SPX6也能与PHR2结合,抑制PHR2对下游PSI基因的激活能力,保持PSIs低表达;低Pi条件下,SPX4SPX6被泛素化降解,PHR释放并进行质核转移,在核中,与PSIs基因启动子上的P1BS基序结合,激活PSIs的表达,促进Pi的吸收。

image.png


问题:

1、  SPX6形成二聚体的生物学意义;

2、  SPX6E3泛素化连接酶的鉴定;

3、  低磷条件下,SPX6在根中积累的生物学意义。

 




https://blog.sciencenet.cn/blog-3410679-1213022.html

上一篇:OsNRT2.4编码一个双亲和力硝酸盐转运蛋白,调控水稻硝酸盐诱导的根生长和硝酸盐分配
下一篇:陆地植物液泡磷酸盐外流蛋白的鉴定

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-12-2 17:02

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部