VPS23蛋白参与植物盐胁迫过程的机理研究

Salt stress is one of the most detrimental abiotic stresses that affect plant development and growth. It is known that numbers of protein ubiquitination E3 ligases play important roles in salt stress response pathway. However until now, there is no report about the function of E2 or UEV in salt signaling pathway. In order to study functions of E2 or UEV protein involved in salt stress signaling. We screened E2 or UEV screen mutant plants on 1/2 MS plates containing NaCl and obtained several lines with alternative sensitivity to salt stress compared with wild type plants. We will mainly focus on vps23 mutant. To investigate the function of VPS23 and ESCRT complex involved in salt stress by different molecular and genetics approaches. This study will uncover the new mechanism of plant salt response. We expect achievement could be applied to develop the new strategy to improve salt stress tolerance of crop plants.

盐胁迫是植物生长发育所面临的主要非生物胁迫之一，已知蛋白质泛素化过程中的许多泛素连接酶(E3 ligase)参与了盐胁迫的信号响应过程，但对泛素结合酶(E2)或类泛素结合酶(UEV)蛋白参与该过程的研究还鲜有报道。为了系统地了解蛋白质泛素化过程中E2或UEV蛋白参与的盐胁迫响应机制，本研究对E2或UEV突变的植物进行了盐敏感性筛选。拟对其中一条盐敏感的UEV突变体(vps23)进行了深入研究。已知人类及酵母中VPS23的同源蛋白蛋白作为ESCRT-I复合体中的成员参与了泛素化蛋白的识别和结合。本项目将结合生物化学、分子生物学、细胞生物学和遗传学等方法研究VPS23及其互作蛋白如何参与了植物对盐胁迫的响应，以及明确ESCRT复合体是否在植物盐胁迫过程中发挥作用。该方面的研究将帮助我们更好地认识植物如何从分子水平到细胞水平来响应盐胁迫信号转导的过程，从而为改良农作物提供新的思路。

盐胁迫是植物生长发育过程中面临的主要非生物胁迫之一，蛋白质泛素化过程中的许多泛素连接酶参与了植物盐信号响应过程，泛素结合酶（E2s）在不同的生物学过程中发挥着重要的功能，但对E2或E2-like蛋白参与盐胁迫信号转导的机理鲜有报道。我们在前期工作中发现E2-like蛋白—VPS23突变后使植物对盐胁迫表现为敏感，已知VPS23在人类及酵母中的同源蛋白作为ESCRT-I复合体中的成员参与泛素化蛋白的识别和结合，但目前有关ESCRT复合物对植物蛋白分选机制的报道较少。通过遗传学、生物化学、分子生物学和生理学等方法研究VPS23参与植物盐胁迫过程的分子机理，以及ESCRT复合体是否在植物盐胁迫过程中发挥作用，并取得以下进展：一，总结出VPS23作为ESCRT复合体组分在膜系统运输中的工作模型：以PYL4为例，PYL4在E3泛素连接酶的作用下被K63位的泛素链修饰，VPS23A作为ESCRT-I的组分，识别PYL4及其K63位泛素链，促进其进入早期内涵体和晚期内涵体，在ESCRTs作用下进入MVB的内膜小泡中，在进入MVB之前被去泛素化，最终进入液泡中被降解或储存。该研究揭示了ABA受体通过非26S蛋白酶体进行降解的新途径，为研究植物激素的信号途径提供了新的理论指导（已发表，Yu et al., 2016, Molecular Plant）。该成果也为解释VPS23蛋白如何参与植物盐胁迫过程提供了理论依据，以及为ESCRT复合体在植物盐胁迫过程中发挥作用提供了很好的线索。二，提出盐胁迫条件下VPS23在SOS途径中的工作模型：在野生型植物中，VPS23蛋白通过促进SOS2向细胞膜运输及加强SOS2/SOS3之间的相互作用，最终影响细胞膜上SOS1的Na+转运活性，促进Na+外排，从而植物细胞内的Na+浓度保持在较低水平，植物表现出对盐胁迫的耐受性。而在vps23突变体中，由于SOS2到细胞膜的运输过程受到影响，导致了SOS1的Na+转运活性降低，细胞外排Na+降低，最终植物细胞积累了较多的Na+，使vps23突变体表现出较野生型植物对盐胁迫更加敏感的表型，该部分成果表明ESCRT复合体在植物盐胁迫过程中发挥着重要作用（投稿修回阶段）。该研究有助于我们更好地理解植物响应盐胁迫信号转导的分子机理，为改良农作物提供新的理论依据。