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旭月NMT简报---关键词搜索:

MP郭岩、雷晓光:NMT发现PI4P/PI动态调控质子泵、Na-H逆向转运体活性 调节植物耐盐

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

郭岩课题组成果回顾

·Nat Commun郭岩:Ca2+激活的14-3-3蛋白在盐胁迫中充当分子开关

·MP谢旗郭岩:Na+流为SOS调控植物耐盐新机制研究提供证据 | NMT植物耐盐创新科研平台

 

基本信息

主题:NMT发现PI4P/PI动态调控质子泵、Na-H逆向转运体活性 调节植物耐盐

期刊:Molecular Plant

影响因子:13.164

研究使用平台NMT植物耐盐创新平台

标题:Dynamic changes of phosphatidylinositol and phosphatidylinositol 4-phosphate levels modulate H+-ATPase and Na+/H+antiporter activities to maintain ion homeostasis in Arabidopsis under salt stress

者:北京大学雷晓光、XiuliHan,中国农业大学郭岩、杨永青、马亮

 

检测离子/分子指标

Na+、H+

 

检测样品

拟南芥根分生区,距根尖120 μm 根表上的点

 

中文摘要(谷歌机翻)

      在环境变化下,植物的代谢物会动态地改变和分布。然而,目前人们对代谢产物在植物逆境响应中如何改变功能的还很不清楚。盐胁迫下维持离子稳态需要协调激活PM H+-ATPase和Na+/H+逆向转运体这两种中枢调节物质。本文采用生物引导分离方法,鉴定了影响PM H+-ATPase和Na+/H+逆向转运体活性的内源性小分子,发现磷脂酰肌醇(PI)通过直接与PM H+-ATPase AHA2的C端结合而抑制拟南芥在非胁迫条件下PM H+-ATPase的活性。盐胁迫下,磷脂酰肌醇4-磷酸(PI4P)/PI比值升高,PI4P结合并激活PM Na+/H+逆向转运体活性。PI更倾向于与PM H+-ATPase的非活性形式结合,而PI4P倾向于与Na+/H+逆向转运体的活性形式结合。同样,pis1突变体的PI水平降低,表现出PM H+-ATPase活性和耐盐性增强;而pi4kβ1突变体的PI4P水平降低,表现出PM Na+/H+逆向转运体活性和耐盐性减弱。综上所述,本文揭示了拟南芥在盐胁迫下PI与PI4P之间的动态变化,对于维持离子稳态以保护植物免受不利环境条件的影响至关重要

 

离子/分子流实验处理

H+:7日龄拟南芥幼苗在含有75 mM NaCl的MS培养基中培养24 h
Na+:7日龄拟南芥幼苗在含有100 mM NaCl的MS培养基中培养24 h。

 

离子/分子流实验结果

      使用非损伤微测技术(NMT)检测Col-0, pis1-1, pis1-2,COM1 and COM2的H+流速。将7日龄幼苗转入含75 mM NaCl(pH 8.1)的MS培养基中培养24 h,测定根尖H+流速。pis1-1pis1-2植物的H+流速与Col-0相比显著增加,而COM1COM2植物的H+流速与Col-0植物相同(图1C, D)。因此,在PI含量减少的pis1突变体中,PM H+-ATPase活性增加,表明PI在体内抑制了PM H+-ATPase的活性

 

图1. Col-0、pis1-1pis1-2COM1COM2根尖的净H+外排速率正值代表H+外排

 

      在100 mM NaCl预处理24 h后,用NMT检测Col-0外排明显减少,而COM1COM2互补系的Na+外排被恢复到WT水平(图2C, D)。

 

图2. Col-0、pi4kβ1COM1COM2根尖的净Na+外排速率正值代表Na+外排

 

 其他实验结果

  • 采用生物引导分离方法对拟南芥Col-0幼苗粗提物进行分离,通过质谱等分析,发现PI能结合并调节PM H+-ATPase活性

  • 外源PI可能通过抑制PMH+-ATPase活性而抑制植物和酵母生长。

  • PI在正常条件下可能维持PM H+-ATPase活性的自抑制状态。

  • PI通过直接特异性的结合在PM H+-ATPase AHA2的C端,在AHA2 CS931位点的磷酸化增强了PI-AHA2的结合亲和力,在非胁迫条件下抑制PM H+-ATPase活性

  • 为了确定PI是否也抑制植物中体内的PM H+-ATPase活性,从拟南芥生物资源中心获得了两个编码拟南芥PI合成关键酶的T-DNA插入突变体pis1-1pis1-2,利用遗传学证据表明,内源性PI负调控PM H+-ATPase活性。

  • PI生物合成调控通过调节PM H+-ATPase活性参与植物盐胁迫响应。

  • PI4P不影响PI介导的抑制PM H+-ATPase活性,对PI与AHAC的结合活性也没有影响。

  • 质膜中PI的含量远高于PI4P,且在盐胁迫下PI4P和PI(4,5)P2的含量较非盐胁迫下显著增加,PI4P/PI比值在盐胁迫下升高。

  • 盐胁迫下,PI被代谢成PI4P,并释放PM H+-ATPase的活性以提供质子梯度;同时,PI4P激活PM Na+/H+逆向转运体的活性,将Na+运出细胞。

  • PI倾向于与PM H+-ATPase的非活性形式结合,而PI4P倾向于与Na+/H+逆向转运体的活性形式结合。在pi4kβ1突变体(PI4Kβ1是PI合成PI4P的关键酶)中,PI4P水平降低,PM Na+/H+逆向转运体活性降低,耐盐胁迫能力下降。

  • 内源性PI4P可激活质膜Na+/H+逆向转运体的活性。

  • 拟南芥内源性PI4P参与调控PM Na+/H+逆向转运体在盐胁迫下的活性。

  • 内源性PI4P正调节PM Na+/H+逆向转运体活性。

  • PI4P更倾向与高度活化的SOS1结合,这也许是为了在盐胁迫下维持或激活SOS1的活性。

  • NaCl处理可诱导PI4K激酶活性,增加质膜中PI4P含量。

 

结论

      本研究通过生物引导分离法鉴定了一个内源性脂质分子PI,它与PM H+-ATPase结合,并在非胁迫条件下抑制其活性,在盐胁迫下,PI与PM H+-ATPase解离,进而降低其抑制作用,使PM H+-ATPase被激活。根据这一观点,PI4K激酶的活性被盐胁迫诱导,将PI代谢成PI4P,后者结合并激活PM Na+/H+逆向转运体SOS1。PM H+-ATPase活性的增加产生了一个跨膜质子梯度,直接激活SOS1,将Na+运出细胞(图3G)。本研究揭示植物通过调节代谢物的变化来协同调节关键酶活性,使植物能够对逆境胁迫做出响应

图3. PI和PI4P动态变化如何在调节离子稳态中发挥关键作用的模型。

 

测试液

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

 

仪器采购信息

据中关村NMT产业联盟了解,北京地区的北京大学、中国农业大学分别于2019、2020年采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。

 

 

 

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.07.020

 

关键词:拟南芥;磷脂酰肌醇;内源性小分子;H+-ATPase;Na+/H+逆向转运体;盐胁迫