植物抗逆蛋白NRP介导的早期内体与自噬体互作的机制
结题报告
批准号:
91954102
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
82.0 万元
负责人:
龚清秋
依托单位:
学科分类:
C0701.细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
张平平、吴艳莹、李鑫靖、王勤英、杨敬一、刘瑞
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中文摘要
约5亿年前,植物登陆。环境稳态的消失促使植物不断在生长与抗逆间切换。在细胞水平上,盐胁迫等较强逆境往往引发分泌等合成通路的下调与自噬等降解通路的上调。同时,促进生长的信号通路关闭,而抗逆通路打开。找到植物用来做决定的关键蛋白及其介导的胞内运输通路切换,是理解植物生存策略的前提。我们鉴定了陆生植物特有的抗逆蛋白NRP介导的两条生长-抗逆通路。二者的共性为,早期内体(EE)定位的NRP招募生长信号蛋白,将它们定位到早期内体,并共同进入液泡降解。此过程符合自噬的定义。的确,NRP具有进化保守的、可被磷酸化的ATG8互作基序LIR。盐胁迫下可观察到ATG8被NRP大量招募。推测NRP是植物特有的、抗逆专用的自噬受体,在逆境下其LIR被FyPP3去磷酸化,由此招募ATG8并介导早期内体与分离膜/自噬体的互作,在早期内体处将生长状态下的胞吐、受体蛋白回收等合成通路切换到自噬,帮助植物从生长转向抗逆。
英文摘要
The first land plants appeared during the Ordovician Period. The lack of environmental homeostasis forced the sessile plants to gain the ability to constantly shuttle between growth and stress adaptation. At the cellular level, severe stress conditions such as salinity can trigger the rapid down-regulation of biosynthetic pathways such as secretory pathway, and the equally rapid induction of degradation pathways such as autophagy. In the meantime, signaling pathways that lead to growth and development are tuned down; whereas the stress signaling pathways take over. The identification of essential elements in such changes and the elucidation of their molecular functions are the key to understanding the survival strategy of plants. We have previously characterized the stress-responsive protein NRP as such an element. NRP play roles in two distinct stress responsive pathways, turning plant growth to abiotic or biotic stress adaptation. When examining the two pathways, we noticed that they have something in common: the early endosome (EE)-localized NRP recruits positive regulators of growth and development by protein-protein interaction, bringing them to EE. Then NRP and its interacting partners are destined for vacuolar degradation. By definition, this process qualifies for macroautophagy. Sequence analysis showed that NRP has three evolutionarily conserved ATG8-interacting motifs (AIM/LIR), and the first LIR can be phosphorylated. We observed that salt stress induced a re-location of ATG8 to NRP-residing structures. We hypothesized that NRP can be a plant-specific and stress-inducible autophagic receptor, and that stress induces its de-phosphorylation by FyPP3, thus facilitates its interaction with ATG8. In this way can NRP mediate the interaction between a certain population of EE and isolation membrane/autophagosome, leading to the shuttle from exocytosis and secretory pathway to autophagy and promoting stress adaptation in plants.
Asparagine-Rich Protein(NRP)是2005年发现的植物抗逆蛋白,属于Development and Cell Death (DCD)蛋白家族。该家族被认为是陆生植物特有的,但结构与分子功能一直未明。我们前期建立了NRP介导的两条生长-抗逆通路。二者的共性为早期内吞体(EE)定位的NRP招募生长信号蛋白并与它们共同进入液泡降解,由此抑制生长并促进抗逆。在本项目中,我们意外发现NRP是主根生长所必需的,其通过促进PIN2的液泡降解参与维持PIN2在根尖转换区的质膜极性定位,保证伸长区的正确建成。在逆境条件下,ABA利用NRP促进PIN2液泡降解的这条胞内运输通路来抑制主根伸长。由此建立了一条由NRP介导的生长-抗逆的细胞生物学通路。与预期不同,NRP并非以自噬受体身份实现其功能,而是通过组装无膜细胞器,招募相应蛋白来调控胞内运输与液泡降解。通过结构预测与分子动力学模拟,我们发现DCD结构域与YTH结构域在三维结构上高度相似。生化、细胞、组学研究表明DCD结构域蛋白是植物特有的YTH类群,由此确定了NRP真正的分子功能。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Membrane recruitment of Atg8 by Hfl1 facilitates turnover of vacuolar membrane proteins in yeast cells approaching stationary phase.
Hfl1 对 Atg8 的膜募集促进接近稳定期的酵母细胞中液泡膜蛋白的周转
DOI:10.1186/s12915-021-01048-7
发表时间:2021-06-04
期刊:BMC biology
影响因子:5.4
作者:He CW;Cui XF;Ma SJ;Xu Q;Ran YP;Chen WZ;Mu JX;Li H;Zhu J;Gong Q;Xie Z
通讯作者:Xie Z
An allosteric regulation mechanism of Arabidopsis Serine/Threonine kinase 1 (SIK1) through phosphorylation.
拟南芥丝氨酸/苏氨酸激酶 1 (SIK1) 通过磷酸化的变构调节机制
DOI:10.1016/j.csbj.2021.12.033
发表时间:2022
期刊:Computational and structural biotechnology journal
影响因子:6
作者:Mu J;Zhou J;Gong Q;Xu Q
通讯作者:Xu Q
Monitoring Autophagy in Rice With GFP-ATG8 Marker Lines.
使用 GFP-ATG8 标记线监测水稻的自噬
DOI:10.3389/fpls.2022.866367
发表时间:2022
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:
通讯作者:
The Arabidopsis STE20/Hippo kinase SIK1 regulates polarity independently of PIN proteins
拟南芥 STE20/Hippo 激酶 SIK1 独立于 PIN 蛋白调节极性
DOI:10.1016/j.bbrc.2021.02.083
发表时间:2021
期刊:Biochemical and Biophysical Research Communications
影响因子:3.1
作者:Zhang Pingping;Yu Xiulian;Bai Jing;Gong Qingqiu
通讯作者:Gong Qingqiu
Abscisic acid employs NRP-dependent PIN2 vacuolar degradation to suppress auxin-mediated primary root elongation in Arabidopsis
脱落酸利用 NRP 依赖性 PIN2 液泡降解来抑制拟南芥中生长素介导的初生根伸长
DOI:10.1111/nph.17783
发表时间:2021
期刊:NEW PHYTOLOGIST
影响因子:9.4
作者:Wu Yanying;Chang Yue;Luo Liming;Tian Wenqi;Gong Qingqiu;Liu Xinqi
通讯作者:Liu Xinqi
植物Hippo/SIK1两种剪切产物通过蛋白互作调控器官大小的机制
  • 批准号:
    n/a
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    龚清秋
  • 依托单位:
ATG8介导叶绿体选择性自噬的新机制
  • 批准号:
    32270726
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    龚清秋
  • 依托单位:
自噬在拟南芥根尖细胞降解液泡生成中的作用机制
  • 批准号:
    31871355
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    龚清秋
  • 依托单位:
Hippo同功能基因SIK1调控拟南芥器官大小的机制
  • 批准号:
    31671419
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    龚清秋
  • 依托单位:
国内基金
海外基金