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The Plant Cell:Mee-Len Chye团队揭示植物盐度响应中启动氧化脂质信号传导的双重机制

2021年12月,香港大学、香港中文大学的相关研究人员在《The Plant Cell》(IF: 11.3)上发表了题为“Oxylipin signaling in salt-stressed soybean is modulated by ligand-dependent interaction of Class II acyl-CoA-binding proteins with lipoxygenase”的研究论文,揭示了一种可以在植物盐度响应中启动氧化脂质信号传导的双重机制。

亮点概述:
  • II 类酰基辅酶 A 结合蛋白ACBP3 和 ACBP4定位于内质网并抑制1型脂肪氧化酶 (LOX) 活性。

  • ACBP4-VLXB 相互作用由亚油酰辅酶 A 和亚麻酰辅酶 A 促进,它们与磷脂酸 (PA) 竞争 ACBP4 结合。

  • II 类ACBP调节 FA 组成、脂质过氧化和 LOX 活性,其变体的过度表达增强了拟南芥和大豆毛根中的 LOX 活性和耐盐性

研究背景:

植物脂肪氧化酶 (LOX) 催化亚油酸 (C18:2) 和亚麻酸 (C18:3) 的加氧反应,形成相应的氢过氧脂肪酸 (FAs),用于合成氧化脂质。尽管氧化脂质在发育和应激反应中的信号作用引起了很多关注,但相关的激活机制仍然很大程度上未知。

酰基辅酶 A 结合蛋白 (ACBP) 的调节功能已在植物发育和信号传导中得到广泛研究。共有四类植物ACBP,它们因配体选择性、蛋白质-蛋白质相互作用网络以及时空和应激反应表达模式的差异而在功能上多样化。

土壤盐分对大多数植物造成高渗、高离子和氧化挑战,相比于栽培大豆(Glycine max),野生大豆品种表现出更高的基因组多样性,从中获得可用于作物改良的理想等位基因。盐胁迫还会诱导选择性基因剪接。这种转录后调控从同一等位基因产生多个转录物,导致蛋白质组多样化,其重要性已用某些蛋白质阐明。然而,其他的生理相关性有待进一步研究。


研究人员在耐盐性野生W05大豆以及盐处理后的栽培C08大豆中,发现II 类 ACBP3和ACBP4的选择性剪接在大豆根中产生了三种具有截短锚蛋白重复序列(ANK)结构域的蛋白质变体,以响应盐度。共聚焦激光扫描显微镜显示,GmACBP3 和 GmACBP4 的天然形式和剪接变体是定位于内质网(ER)的, 且II 类 ACBP可以在ER隔离 VLXB(LOX同源物)和1型LOX。此外,I 类 GmACBP 的 ANK 和酰基辅酶 A 结合 (ACB) 结构域促进 VLXB 相互作用。

II类ACBP3和ACBP4的选择性剪接在高盐度下大豆根中产生截短蛋白

进一步研究发现,ACBP4-VLXB 相互作用由亚油酰辅酶 A 和亚麻酰辅酶 A 促进,它们与磷脂酸 (PA) 是 GmACBP4 的竞争性配体。天然 II 类 GmACBP 的过度表达导致大豆毛根和拟南芥的盐过敏,而表达剪接变体的转基因植物则表现出更高的耐盐性。因此,盐诱导的 GmACBP3 和 GmACBP4 选择性剪接是一种适应性反应,有助于植物在逆境中生存。

特定的酰基辅酶 A 物种促进 GmACBP4 与 VLXB 和 GmPLDα1 的相互作用

最后,研究人员探究了不同的盐度表型与脂质代谢的潜在改变之间的关联,发现II 类 GmACBP 调节 FA 组成、脂质过氧化和 LOX 活性,盐处理的大豆根富含 C32:0-PA 物种,对 II 类 ACBP 显示出高亲和力。PA 信号传导和选择性剪接抑制 II 类 ACBP 与 VLXB 的配体依赖性相互作用,从而在盐胁迫期间触发脂质过氧化。

II 类 GmACBPs 在盐度响应期间调节大豆根中的脂氧合酶活性

综上所述,该研究结果揭示了通过选择性剪接和 PA 信号在盐度响应中启动氧化脂质信号传导的双重机制。在正常条件下,C18:2/C18:3-CoA 配体 II 类 GmACBP 通过将 VLXB 隔离在ER来抑制VLXB活性。在盐胁迫下,这些酰基辅酶 A 在 PA 信号和蛋白质变体竞争相同配体的情况下竞争脱离蛋白质结合。从而释放 VLXB 以触发盐响应性氧化脂质合成。

GmACBP3/GmACBP4 介导的盐度响应性氧化脂质信号调制的双重机制的模型



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