鹽脅迫給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害，因此研究植物的抗鹽機(jī)制能夠?yàn)閺幕蛩缴细脑燹r(nóng)作物，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量提供很好的理論依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，泛素/26S蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin/26S proteasome system, UPS）在植物的抗逆過(guò)程中起重要的調(diào)節(jié)作用，很多重要的脅迫響應(yīng)因子被證明是E3泛素連接酶。而近期的研究逐漸把植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)與ER質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)（Endoplasmic Reticulum Quality Control, ERQC）聯(lián)系起來(lái)。在ERQC中包含一種特殊的UPS機(jī)制，稱為ER相關(guān)的蛋白降解機(jī)制（ER Associated protein Degradation, ERAD）。ERAD特異性地降解ER中錯(cuò)誤折疊的蛋白。在酵母和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，對(duì)于ERAD機(jī)制的研究已經(jīng)比較透徹并且發(fā)現(xiàn)該機(jī)制參與生物體的抗病及抗脅迫過(guò)程。但植物中ERAD的關(guān)鍵性組分蛋白迄今未見(jiàn)報(bào)道，阻礙了ERAD參與植物環(huán)境脅迫響應(yīng)的研究進(jìn)展。
通過(guò)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗研究組發(fā)現(xiàn)，ERAD對(duì)植物抗鹽脅迫非常重要。鹽處理時(shí)植物細(xì)胞中總泛素化的蛋白增加，特別是錯(cuò)誤折疊的蛋白。這些錯(cuò)誤折疊蛋白快速地在ER中積累并誘導(dǎo)非正確折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response, UPR）。該研究組利用ERAD組分蛋白的保守性，通過(guò)同源序列比對(duì)的方法得到了擬南芥中可能參與植物ERAD機(jī)制的基因，并對(duì)HRD3A這一基因的功能進(jìn)行了詳細(xì)的分析。功能研究證明，HRD3A對(duì)植物ERAD而言是不可或缺的。HRD3A的缺乏使UPR發(fā)生改變、增加了植物對(duì)鹽脅迫的敏感性并且使ERAD的底物蛋白在細(xì)胞中積累。該研究進(jìn)一步證明，Ca2+從ER中的釋放參與了誘導(dǎo)UPR的過(guò)程，且活性氧（reactive oxygen species, ROS）參與了ERAD介導(dǎo)的植物抗鹽途徑。
這項(xiàng)研究找到了一個(gè)參與植物ERAD的重要組分，深化了對(duì)植物ERAD功能和植物耐鹽新機(jī)制的理解，為從基因?qū)哟紊细牧嫁r(nóng)作物提供了新的思路。此研究在線發(fā)表于Cell Research雜志上。謝旗實(shí)驗(yàn)室博士生劉利靜為該論文的第一作者。文章獲得多個(gè)生命科學(xué)網(wǎng)站的推薦和導(dǎo)讀。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和973項(xiàng)目的資助。 |
