组蛋白H2B单泛素化调控微管骨架在信号网络核心的时空信号功能及响应盐胁迫的作用机制

In this research project, we will use wild-type and hub, ubc mutants that lack histone H2B monoubiquitination (H2Bub1) of Arabidopsis to explore the molecular mechanisms of H2Bub1 is involved in regulating the response to salt stress. We will investigate that the role of H2Bub1 in the regulation of sensory function of microtubules cytoskeleton, and the mechanisms of tyrosine phosphorylation in the regulation the dynamics of MT in salt stress response, the function of the major targets and signaling processes for H2Bub1 participate in salt stress response. The results will provide evidence that H2Bub1 as an important modification with regulatory roles in the response to salt stress, microtubules as elements of a sensory hub that decodes salt stress-related signal signatures, and H2Bub1 play important roles to regulate PTP-related signaling pathway and then proceed to modulate the dynamics of MTs which is critical for plant salt stress tolerance. The results will provide novel insight into the mechanisms of epigenetic regulation in the response to salt stress.

本项目利用拟南芥野生型和组蛋白H2B单泛素化基因缺失的系列突变体，研究组蛋白H2B单泛素化调控拟南芥响应盐胁迫应答的作用机制。通过研究组蛋白 H2B单泛素化响应盐胁迫过程中微管骨架的时空动态、酪氨酸磷酸化调控微管骨架动态的作用机制、筛选HUB、UBC参与调控的靶基因和作用途径，揭示微管骨架解码盐胁迫的时空特性；微管骨架在信号网络系统中的核心功能；酪氨酸磷酸化的信号转导功能；酪氨酸磷酸化信号通路调控微管骨架时空动态的作用靶点及信号途径。从细胞、分子水平上阐述组蛋白H2B单泛素化调控微管骨架在信号网络核心的时空信号功能及响应盐胁迫的作用机制，进而阐明表观遗传调控植物响应盐胁迫应答的全新功能。本研究可进一步开阔植物耐盐信号转导机制研究的新领域，从而推动植物抗盐分子机理研究的深入。

组蛋白H2B单泛素化参与调控植物的生长发育及对逆境胁迫的应答反应。 拟南芥组蛋白H2B单泛素化基因包括2个E3 ligases (HUB1 and HUB2) 和3个E2 conjugases (UBC1,UBC2, and UBC3)。本项目我们利用拟南芥野生型和组蛋白H2B单泛素化基因hub、ubc缺失突变体，研究组蛋白H2B单泛素化调控拟南芥响应盐胁迫的作用机制。.研究证明, UBCs参与调控拟南芥抗盐胁迫反应。UBC1和UBC2 参与调控MYB42的转录；MPK4在体外可直接磷酸化MYB42，MPK4介导MYB42的磷酸化有利于MYB42蛋白在盐下的稳定；MYB42调控SOS2和SOS3基因转录；MPK4介导MYB42的磷酸化增强其转录因子活性。研究结果表明，组蛋白H2B单泛素化通过调控MYB42转录响应盐胁迫反应，MPK4介导MYB42的磷酸化并增强MYB42转录因子的活性，促进下游SOS2基因的表达，从而调控拟南芥响应盐胁迫反应。.HUB1 和 HUB2参与调控酪氨酸磷酸酶基因包括AtPTP1, AtDsPTP1,AtMKP1, AtIBR5, AtPHS1的表达；调控MPK3 和 MPK6的活性。同时，酪氨酸磷酸化与MPK3 和 MPK6的活性协调影响微管骨架的稳定性，从而调控拟南芥细胞微管骨架的动态变化。结果表明，组蛋白H2B单泛素化通过影响酪氨酸磷酸酶基因的表达，调控PTP–MPK3/6信号通路，从而影响微管骨架的解聚和聚合。微管结合蛋白 MAP65-1影响微管骨架的解聚和聚合。微管骨架的稳定性对调控拟南芥响应盐胁迫反应起重要作用。.HUB介导的H2Bub1调控NADPH氧化酶RbohD基因表达，该表达与H3K4me3在RbohD上富集有关，依赖NADPH氧化酶RbohD产生的H2O2信号是介导拟南芥抗Vd-toxins防卫反应的关键信号。同时，H2Bub1促进MPK3和MPK6的激活，MPK3和MPK6催化WRKY33磷酸化，磷酸化的WRKY33调控RbohD的表达。此外，MPK3和MPK6与PTP1和MKP1互作，共同调控H2O2的产生。研究证明，PTPs- MPK3/MPK6-WRKY信号通路在调控拟南芥抗Vd-toxins防卫反应中的H2O2信号起关键作用。本研究为深入探讨植物响应盐胁迫的调控机制提供新思路。