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PNAS | 郭巖課題組揭示氣孔關閉調控新機制
發布日期:2019-08-23 瀏覽次數:  信息來源:生物學院

 

植物的氣孔是植物感受外界環境刺激的重要通道。氣孔運動受環境刺激(如水分、光照、CO2等)以及內源因素(ABA、活性氧等)的嚴格調控【1】。保衛細胞響應來自植物體內外的信號,相應地改變液泡膨壓, 調節氣孔的開度。保衛細胞液泡在調節氣孔運動中起著關鍵作用。植物激素、光照和水分調節保衛細胞液泡形態變化和氣孔運動【2】。

 

銜接蛋白AP3(adaptor protein 3)復合物參與高爾基體小泡的形成,并介導高爾基體到液泡/溶酶體的貨物選擇性蛋白轉運【3】。AP3M是異源四聚體形式的銜接蛋白AP3復合體的中亞基,在從高爾基體向液泡的蛋白轉運過程中負責識別貨物蛋白的酪氨酸信號。AP3復合物對植物的發育和各種細胞活動,尤其是液泡的正常功能至關重要【4,5】。微絲結合蛋白通過影響微絲骨架的動態變化也參與氣孔閉合過程中液泡形態的改變【6】。然而,AP3與微絲的重組調控氣孔運動之間的關系仍不清楚。

 

近日,PNAS在線發表了植物生理學與生物化學國家重點實驗室郭巖教授課題組題為AP3M harbors actin filament binding activity that is crucial for vacuole morphology and stomatal closure in Arabidopsis的研究論文,揭示了擬南芥銜接蛋白AP3M通過結合并切割微絲在液泡形態和氣孔閉合中起著重要的作用。

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該研究發現,擬南芥缺失AP3M導致下胚軸表皮細胞中微絲狀態改變、單根微絲被切割的頻率降低和微絲壽命延長、保衛細胞中微絲隨氣孔關閉動態變化滯后、氣孔關閉遲緩、葉表面溫度降低以及離體葉片失水加速。體外高速離心共沉淀實驗和原生質體共定位實驗結果顯示,AP3M通過其保守的232–256氨基酸片段直接結合微絲,其中246 S、250 L和251 S是其結合微絲的關鍵位點。體外高速離心共沉淀實驗、微絲染色實驗和全內反射熒光顯微鏡實驗顯示,AP3M具備微絲切割能力。熒光漂白恢復實驗顯示,AP3M與微絲的結合會影響SUC4轉運到液泡膜上的效率。與ap-3m類似,AP3復合體的兩個大亞基ap3d ap3b的雙突變體和suc4突變體也表現出氣孔關閉遲緩、葉表面溫度降低和離體葉片失水加速的表型。

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F-actin binding activity of AP3M is required for maintaining vacuole morphology in guard cells

 

研究結果表明,AP3M的F-actin結合域的突變在體外破壞了其F-actin結合活性,導致保衛細胞中液泡形態異常,并降低了液泡膜上SUC4的水平。AP3M的F-actin結合活性對于依賴于AP3的貨物蛋白在液泡膜上精確定位和氣孔閉合過程中保衛細胞液泡形態調節是必需的。


綜上所述, 該研究揭示了擬南芥的銜接蛋白AP3M能夠結合并切割微絲,且AP3M與微絲的作用影響了其蛋白轉運功能,導致液泡形態和動態的改變,參與調控氣孔關閉。

據悉,植物生理學與生物化學國家重點實驗室的博士生鄭文娜為該論文的第一作者,郭巖教授為該論文的共同通訊作者。清華大學的黃善金教授團隊合作完成了這項工作。



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