拟南芥MAPK15参与调控BSK1介导的免疫反应的机制研究

Perception of microbes by cell surface PRRs (pattern recognition receptors) triggers PTI (PAMP-triggered immunity). The Arabidopsis receptor-like cytoplasmic kinase BSK1 interacts with PRR FLS2 and is important for the activation of PTI. To understand how BSK1 transduces the signals from the FLS2 complex to downstream components, we performed whole-genome phosphorylation assay to identify the potential substrates of BSK1. We found Ser-511 residue of MAPK15 is not phosphorylated in the bsk1-1 mutant as it was in wild type, which indicates functional BSK1 is critical for the phosphorylation of MAPK15 and that MAPK15 may functions as a substrate of BSK1 in plant immunity. In this project, we will intensively characterize the biological function of MAPK15 in PTI signaling, study the biological significance of the phosphorylation modified by BSK1 and try to find the substrates of MAPK15, which are always transcription factors. Through this study, we will make a further connection of defense signaling pathway from receptor complex recognition→MAPK activation→transcription factor regulation of gene expression.

位于质膜上的模式识别受体通过识别病原分子的保守结构，诱导植物的PTI (PAMP-triggered immunity)抗性。拟南芥胞质型类受体激酶BSK1通过与模式识别受体FLS2互作，调控植物的PTI反应。为研究BSK1如何介导免疫信号从FLS2受体向下游传递，我们进行了蛋白组学磷酸化质谱分析，寻找BSK1的激酶底物。我们发现MAPK15第511位丝氨酸在野生型中存在磷酸化，而在bsk1-1突变体中消失，表明了BSK1的功能丧失影响了MAPK15的磷酸化，这暗示着MAPK15可能作为BSK1的底物参与植物免疫反应。本项目拟深入研究MAPK15参与PTI抗性的生物学功能，明确其受BSK1磷酸化修饰的生物学意义，寻找其参与免疫反应的下游底物(转录因子)。这一项目的实施，有助于进一步完善植物免疫信号通过受体复合体识别→MAPK激活→转录因子调控抗性基因表达的传导网络。

植物细胞表面定位的模式识别受体(PRRs)对病原菌保守成分(PAMPs)的感知触发了植物先天免疫的第一道防线。在拟南芥中，胞质型类受体激酶BSK1与PRR FLS2互作，在植物防御多种病原菌中发挥重要作用。然而，BSK1如何介导免疫信号从受体复合体向下游传递尚不明确。前期，我们在磷酸化蛋白质组学研究中发现，与野生型植物相比，bsk1突变体中MPK15第511位丝氨酸(Ser511)的磷酸化受到影响，暗示着MPK15可能作为BSK1的激酶底物参与调控植物免疫反应。丝裂原活化蛋白激酶MAPK在植物免疫反应中发挥着重要作用，MPK15作为MAPK group D亚家族成员，其生物学功能尚未有报道。本研究中我们首先明确了MPK15正向调控植物对病原菌的抗性，同时我们发现MPK15 Ser511位点的磷酸化对于其在植物免疫中的功能至关重要。体外激酶实验证明了MPK15是一个典型的MAP激酶，具有激酶活性，能够自我磷酸化Ser511位点。BSK1与MPK15在拟南芥体内存在互作。BSK1能够显著诱导MPK15 Ser511位点的磷酸化，而bsk1突变则影响了本底水平及病原菌诱导的MPK15 Ser511磷酸化。这些结果证明BSK1能够正向调控MPK15的磷酸化。另外，我们发现MPK15 Ser511位点组成型磷酸化能够部分恢复bsk1突变体的感病表型，表明BSK1通过调控MPK15 Ser511位点的磷酸化而提高植物对病原菌的抗性。综上所述，本研究鉴定了一个新的MAP激酶MPK15参与调控BSK1介导的病原菌抗性，揭示了BSK1介导的抗病反应中一个新的分子机制，并为MAPK磷酸化在植物免疫中的作用提供了进一步的认知。