植物含ABS信号肽膜蛋白的通用伴侣分子的鉴定和证明

申请人最新发现植物细胞存在一组含不同于常规信号肽概念的膜蛋白（至少550种），未被科学地归类和发表。AKR2A能与分布在各种（亚）细胞器、含此类信号的膜蛋白有互作，作用区域均为信号区域，其中包括许多植物寒冷应答的重要基因。AKR2A突变体有多种表型，且对低温特别敏感，而35S-AKR2A的表型正好相反。现我们假设AKR2A是这类膜蛋白的通用伴侣分子，并处于网络上游调控植物的抗寒冷机制。项目以拟南芥为对象：①准确地描述这一信号肽概念，使其成为新的信号肽分支。②酵母双杂通量筛选AKR2A的互作蛋白，并作生物信息学分析③证明AKR2A为此类膜蛋白的通用伴侣分子。④研究AKR2A介导过氧化物酶调控植物的抗寒冷机制。此研究学术上可望充实乃至改变膜蛋白信号肽的传统概念，从上游调控基因着手，揭示伴侣分子调控膜蛋白生物生成的机制及在低温应答中的功能；技术上可克隆和鉴定新的抗逆基因。

AKR2A是我们在研究 14-3-3家族GF14λ时鉴定得到的。AKR2A与许多膜蛋白的特定跨膜区域相互作用，我们假设该跨膜域为AKR2A的特异识别因子。项目的目标是揭示AKR2A在这组膜蛋白生物生成中的作用、及其在植物逆境应答中的功能。主要结果有：.1.将AKR2A的互作信号肽命名为ABS（AKR2A Binding Sequence），该序列由1个跨膜结构域加上其后含1-5正电氨基酸残基序列。酵母双杂交技术共鉴定到297个蛋白与 AKR2A互作。证明了AKR2A为此类膜蛋白的通用伴侣分子。有趣的是，许多胞质蛋白也与AKR2A互作，表明AKR2A可能还有未知的功能。.2.AKR2A的互作蛋白分布在叶绿体膜、液泡膜、内质网膜、过氧化物酶膜、微粒体膜、线粒体膜等。功能涉及光合作用、脂肪酸代谢、逆境应答等。.3.鉴定了多个与AKR2A互作蛋白（组）的功能。.(1) 获得了与AKR2A互作、参与植物长链脂肪酸(LCFA)代谢相关蛋白名单,研究了AKR2A与KCS1的互作机制。AKR2A正调控KCS1基因表达，过量表达AKR2A提高LCFA的合成量, 从而提高植物的抗寒能力。AKR2A表达量和LCFA合成量的关系用于木本植物油脂生产性能的早期检测和高含LCFA的油茶、蓖麻的生产和油脂精炼。 (2) AKR2A的互作蛋白E3连接酶AtCHIP正调控叶绿体酪蛋白酶P4（ClpP4）的功能，从而增强了叶绿体的生物功能。在ClpP4反义和过表达ClpP4的拟南芥中共过表达AtCHIP，均使其白化表型得到部分恢复。 (3) AKR2A互作蛋白H+-焦磷酸酶AVP1含ABS信号，参与作物耐盐抗旱。AVP1编码液泡膜结合质子泵H+-pyrophosphatase。共过表达AVP1和另一个液泡膜Na+/ H+逆向转运蛋白基因AtNHX1，可进一步提高转基因棉花的抗旱和耐盐性能。 (4) 蛋白磷酸酶2A（PP2A）由A，B和C三个亚基组成。AKR2A 和PP2A的多个亚基均为GF14λ的互作蛋白，研究发现酪氨酸磷酸酶的激活蛋白AtPTPA又是PP2A B亚基的互作蛋白。AtPTPA与PP2A B亚基相互作用，形成AC二聚体，并甲基化C亚基。AtPTPA在植物生长和抗逆信号传递中发挥重要功能。.4.项目发表论文9篇，其中SCI 4篇；授权发明专利4项，培养博士后3名，研究生1名。