ZmSK1在BR诱导的抗氧化防护中的功能及作用机制分析

In this proposal, based on our previous studies, we intend to connect ZmSK1 to BR-induced antioxidant defense. The role of ZmSK1 in BR-induced antioxidant defense and further drought tolerance in maize will be studied first. Then the proteins interacting with ZmSK1 in BR-induced antioxidant defense will be screened. Further, the relationship between ZmSK1 and its target proteins, ABA and H2O2 in BR-induced antioxidant defense and drought tolerance will be determined. The objective of this study is to elucidate the function of ZmSK1 in BR-induced antioxidant defense and enhanced drought tolerance in maize. The proposal is not only helpful to our understanding for the mechanism of BR-induced antioxidant defense leading to drought tolerance, but also has an important significance for improvement of crop drought stress resistance by using molecular biology manipulation.

本项目拟在前期工作的基础上，将ZmSK1同BR诱导的抗氧化防护联系起来，研究ZmSK1在BR诱导抗氧化防护进而增强玉米幼苗耐旱性中的作用，鉴定与ZmSK1相互作用的靶蛋白，明确ZmSK1如何与其靶蛋白、ZmCCaMK、ABA、H2O2相互作用，从而在BR诱导抗氧化防护及增强玉米幼苗耐旱性过程中起作用。最后阐明玉米叶片BR诱导的ZmSK1及其靶蛋白与BR诱导的抗氧化防护以及BR增强作物耐旱性的关系，拓展人们对BR诱导抗氧化防护机理及其增强植物耐旱性的理解，有助于人们利用分子生物学手段提高作物耐旱性。

植物激素油菜素内酯（Brassinosteroids, BRs）能诱导抗氧化防护进而增强植物耐旱性。类GSK3蛋白激酶参与植物对BR信号及耐逆性的响应，但其是否参与BR诱导的抗氧化防护进而增强植物耐旱性并不清楚。我们研究发现类GSK3蛋白激酶成员ZmSK1在BR诱导的抗氧化防护中起主要作用，并对BR诱导的抗氧化防护及玉米耐旱性起负向调节作用。为了阐述ZmSK1在BR诱导的抗氧化防护及玉米耐旱性中的作用，我们鉴定到了一个与ZmSK1相互作用的蛋白---ZmCPP2转录因子。ZmCPP2参与BR诱导的抗氧化防护过程并增强玉米耐旱性。ZmSK1可以磷酸化ZmCPP2的Ser250位点，且ZmCPP2的Ser250位点磷酸化可减弱玉米耐旱性，ZmSK1通过磷酸化ZmCPP2的Ser250位点抑制BR诱导的抗氧化防护过程。进一步研究显示，ZmCPP2可直接结合ZmSOD4启动子，并且ZmCPP2的S250位点磷酸化可以降低ZmCPP2与ZmSOD4启动子的结合，ZmSOD4正调控玉米耐旱性。因此，ZmSK1通过磷酸化ZmCPP2的Ser250位点，抑制ZmCPP2结合ZmSOD4启动子，最终负调控BR诱导的抗氧化防护及玉米耐旱性。此外本项目还发现细胞壁组分β-1, 4-半乳聚糖、BR信号转导成员BSK1、ZmNAC49在植物对干旱和盐等胁迫的响应中发挥积极作用。本研究的开展有助于阐明BR诱导的ZmSK1及其靶蛋白与BR诱导的抗氧化防护以及BR增强作物耐旱性的关系，拓展人们对BR 诱导抗氧化防护机理及其增强植物耐旱性的理解。