拟南芥叶绿体ATP合酶beta亚基的MAPK磷酸化及磷酸化对ATP合酶功能调节的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670248
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0204.水分和营养物质的运输与代谢
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Adenosine 5’-triphosphate (ATP), the universal metabolic energy carrier that links catabolic and anabolic pathways, is involved in the regulation of the most biological processes during growth, development and response to environment in all organisms. ATP also acts as an extracellular signaling molecule. The majority of ATP in cells is synthesized by the enzymes of F1Fo-ATP synthase. ATP synthase is a protein complex with multiple subunits. The beta subunit of ATP synthase is responsible for catalyzing the synthesis of ATP. Several reports have revealed that the beta subunit of the mitochondrial and chloroplast ATP synthases can be phosphorylated. However, the kinase that involves in the phosphorylation of its beta subunit and the function of the beta subunit phosphorylation are currently unknown. Our preliminary data show that, MKK9-MPK3/MPK6 mediated MAPK cascade is involved in the phosphorylation of the beta subunit of chloroplast ATP synthase (namely as ATPB), and subsequently regulates ATP synthesis in Arabidopsis. In this project, we proposed to identify and analyze the upstream MKKKx of MKK9-MPK3/MPK6 during the phosphorylation of ATPB, and study the regulation of ATPB phosphorylation on function of chloroplast ATP synthase. The results obtained from this project will facilitate us to explore the kinase that phosphorylates ATPB and understand the mechanism of chloroplast ATP synthase regulation by ATPB phosphorylation.
ATP 是生物体重要的高能化合物,参与了细胞新陈代谢和生物体生长发育的几乎所有过程; ATP还是重要的胞外信号分子。细胞中绝大部分ATP是由ATP合酶(F1Fo-ATP synthase)合成。ATP合酶由多亚基组成,其中仅beta亚基具有催化活性。线粒体和叶绿体ATP合酶的beta亚基均有磷酸化修饰,但负责其磷酸化的激酶及磷酸化对其功能调控的研究很缺乏。项目组前期在拟南芥中的研究结果发现,MKK9-MPK3/MPK6参与的MAPK级联系统调控了叶绿体ATP合酶beta亚基(ATPB)的磷酸化和ATP的合成。本项目拟研究:(1)MKK9-MPK3/MPK6的上游MKKKx,构建一条参与ATPB磷酸化调控的完整MAPK三激酶级联系统;(2)该级联系统对ATPB磷酸化和磷酸化对叶绿体ATP合酶的调控。揭示磷酸化叶绿体ATPB的激酶及磷酸化对ATP合酶功能调控的机理。

结项摘要

ATP 是生物体重要的高能化合物,参与了细胞新陈代谢和生物体生长发育的几乎所有过程; ATP还是重要的胞外信号分子。细胞中绝大部分ATP是由ATP合酶(F1Fo-ATP synthase)合成,调控其合成的信号有待研究。ATP合酶由多亚基组成,其中仅beta亚基具有催化活性。线粒体和叶绿体ATP合酶的beta亚基均有磷酸化修饰,但负责其磷酸化的激酶及磷酸化对其功能调控的研究很缺乏。项目组有关拟南芥MKK9、MPK3和MPK6转基因和突变体植株的研究发现,MKK9-MPK3/MPK6的激活可以显著增加植株ATP的生成。酵母互作、生化分析及转基因植株分析发现,RAF22是激活MKK9-MPK3/MPK6的上游MKKK,该三激酶组成一个完整的MAPK级联参与调控ATP的生成。利用光系统II抑制剂及离体叶绿体的分析表明,该MAPK级联激活所诱导的ATP产生来源于叶绿体。通过酵母互作、Pull down及定位等分析,证明MPK3和MPK6具有叶绿体定位,能与ATPB互作;磷酸化分析显示,该MAPK级联激活能磷酸化叶绿体ATP合酶的ATPB亚基,鉴定出了ATPB上能被激活的MPK3和MPK6磷酸化的氨基酸位点;利用点突变方法获得模拟磷酸化和非磷酸化的ATPB,发现模拟ATPB磷酸化增强了其与相关亚基的互作;多亚基共表达分析发现,模拟磷酸化的ATPB表达促进CF1重组;植物中表达模拟磷酸化的ATPB促使叶绿体ATP合酶复合体的形成,提高ATP合酶的活性。根据项目研究结果我们提出:RAF22-MKK9-MPK3/MPK6组成完整级联是调控ATP合成的型号级联,该级联的激活通过磷酸化叶绿体ATP合酶的ATPB亚基,促进ATPB与相关亚基的作用和合酶复合体的形成,增强合成ATP的活性。项目的完成,为全面理解ATP合成信号调控及ATP合酶活性调节机制提供了新的理论依据。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
植物蛋白磷酸化的检测方法
  • DOI:
    10.11983/cbb19208
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    植物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱丹;曹汉威;李媛;任东涛
  • 通讯作者:
    任东涛
Comparative phosphoproteomic analysis of developing maize seeds suggests a pivotal role for enolase in promoting starch synthesis
发育中的玉米种子的比较磷酸蛋白质组学分析表明烯醇酶在促进淀粉合成中的关键作用
  • DOI:
    10.1016/j.plantsci.2019.110243
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
    PLANT SCIENCE
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Cao, Hanwei;Zhou, Yuwei;Ren, Dongtao
  • 通讯作者:
    Ren, Dongtao
MAPK-like protein 1 positively regulates maize seedling drought sensitivity by suppressing ABA biosynthesis
MAPK样蛋白1通过抑制ABA生物合成正向调节玉米幼苗的干旱敏感性
  • DOI:
    10.1111/tpj.14660
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    The Plant Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhu Dan;Chang Ying;Pei Ting;Zhang Xiuyan;Liu Lan;Li Yuan;Zhuang Junhong;Yang Hailian;Qin Feng;Song Chunpeng;Ren Dongtao
  • 通讯作者:
    Ren Dongtao

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  • 通讯作者:
    刘国琴
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    阎隆飞
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    任东涛
  • 通讯作者:
    任东涛
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭红莲;曹勤红;任东涛;刘国琴;段建发;李兆霖;张道中;韩学海
  • 通讯作者:
    韩学海
Two kinesins from Arabidopsis,
两种来自拟南芥的驱动蛋白,
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜世玲;李明;徐涛;任东涛;刘
  • 通讯作者:

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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