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PBJ | 山东农业大学郭兴启组报道新的MAPK支架蛋白,及其提高棉花抗病性机制

发布时间: 2019-12-20
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真核生物中,MAPK信号通路是细胞表面传导到细胞核内的重要信号调控通路,在关键的疾病相应,应激响应中都发挥着重要的功能机制。然而,植物中MAPK信号通路的相关作用与分子机制目前知之尚少。

日前,山东农业大学郭兴启研究团队,运用定量磷酸化修饰组学针对棉花的抗菌机制开展研究,研究鉴定到一个新的植物MAPK支架蛋白GhMORG1,并揭示其在棉花抗尖孢镰刀菌中的调控作用。相关工作报道在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal上。景杰生物为该研究的蛋白质组学、磷酸化修饰组学定量提供了技术支持。

PBJ | 山东农业大学郭兴启组报道新的MAPK支架蛋白,及其提高棉花抗病性机制

研究者首先通过生化实验证实了GhMORG1能够与MAPK信号通路中的GhMKK6蛋白互作。通过靶向基因沉默以及转基因过表达实验,研究者发现GhMORG1蛋白的缺失会造成尖孢镰刀菌感染的增加,而GhMORG1蛋白的存在能够显著降低感染水平。随后,研究者分析了GhMORG1在MAPK信号通路中的作用,发现GhMORG1能够与GhMKK6结合进而增强GhMKK6的活性。

为了进一步研究GhMORG1在尖孢镰刀菌感染中发挥作用的分子机制,研究者应用GhMORG1沉默的植物株系与野生型株系,分别在感染尖孢镰刀菌与否情况下分析不同样品中的蛋白质组学与磷酸化修饰组学(组学策略)。通过蛋白质谱分析,总共鉴定到9053个蛋白,此外磷酸化修饰组学共鉴定到2920个蛋白上5065个磷酸化修饰位点(图1)。

PBJ | 山东农业大学郭兴启组报道新的MAPK支架蛋白,及其提高棉花抗病性机制

图1、蛋白质组学与磷酸化修饰组学实验设计与结果

研究者分别比较了真菌感染前后野生型和GhMORG1沉默植株的蛋白水平与磷酸化水平变化,并重点关注两种植株在感染前后变化的差异部分,研究者发现有32个蛋白上33个磷酸化位点是潜在的GhMORG1影响的GhMKK6-GhMPK4信号通路中响应尖孢镰刀菌感染的下游蛋白底物(图2)。

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图2、比较不同样本间蛋白水平和磷酸化水平的差异

为了进一步证明组学数据的可靠性以及分析GhMORG1在真菌感染过程中的分子机制,研究者随机选取了32种潜在下游蛋白底物中的8种,研究者通过生化实验证实了这些蛋白能够在GhMORG1以及GhMKK6存在的情况下发生磷酸化,并且在棉花叶绿体中这些蛋白与GhMORG1、GhMKK6表达共定位。这些进一步的分析确证了组学数据找到的潜在下游底物的确受到GhMORG1依赖的GhMKK6-GhMPK4信号通路调控。

随后,研究者在棉花中运用基因沉默技术,对9种候选蛋白的表达基因进行沉默,并进行真菌感染实验,研究者发现这9种候选基因沉默后的植株表现出更为严重的疾病感染表型,证明了这些基因在真菌感染中发挥着关键调控作用(图3)。

PBJ | 山东农业大学郭兴启组报道新的MAPK支架蛋白,及其提高棉花抗病性机制

图3、潜在下游蛋白底物的感染炎症实验

最后,研究者根据蛋白质组学的数据结果以及相关实验数据整合,得出了GhMORG1在尖孢镰刀菌感染过程中的调控分子机制:在尖孢镰刀菌感染后,MAPK支架蛋白GhMORG1介导的GhMKK6-GhMPK4信号通路被激活,该通路激活后,通过基因表达调控、钙离子相关信号通路以及H+-ATPase通路等共同调控增强棉花对尖孢镰刀菌的抗感染能力(图4)。

PBJ | 山东农业大学郭兴启组报道新的MAPK支架蛋白,及其提高棉花抗病性机制

图4、GhMORG1在棉花抗尖孢镰刀菌中的分子机制模型

本文是一篇典型的应用蛋白质组学与修饰组学技术,寻找目的实验模型靶标蛋白分子功能,并发现分子调控机制的科研工作。其中的组学思路设计严谨,结果推论证据扎实,不失为一篇值得推荐的蛋白质组学工作。

参考文献:

Wang C, et al., 2019, Scaffold protein GhMORG1 enhances the resistance of cotton to Fusarium oxysporum by facilitating the MKK6-MPK4 cascade. Plant Biotechnol J.

本文经授权转载自BioArt植物公众号,由景杰学术团队报道,欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求,请添加微信ptm-market咨询。


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