乙烯受体的N-糖基化修饰调控植物低氧应答的分子机理

Hypoxia caused by submergence seriously affect the plant growth and crop yield. N-glycosylation of proteins plays an important role in plant growth and development and stress response. However, the regulation mechanisms in plant hypoxia response remain to be further investigated. Our preliminary data show that the seed germination and hypoxia tolerance of defective mutants of N-glycosylation were inhibited under hypoxia stress, and the expression level of metabolism genes in anaerobic respiration and transcription factors HRE1 and RAP2.2 were decreased in defective mutants of N-glycosylation. Furthermore, ethylene receptor proteins have shown variety of asparagine (Asn/N)-linked glycans during hypoxia stress by glycosylation proteomics analysis. These results suggest that N-glycosylation may affect the ethylene signal in regulation of hypoxic response. By biochemical, proteomic, molecular biology and genetic approaches, we further intend to elucidate the mechanism of the N-glycosylation of receptor proteins of ethylene signaling pathway in response to hypoxia. The results will be of great scientific significance for the understanding of plant hypoxia signaling pathway.

水淹导致的低氧胁迫严重影响植物生长与作物产量。蛋白质N-糖基化修饰在植物生长发育和逆境响应中扮演着重要角色，但是在植物低氧应答过程中的生物学功能尚不明确。前期研究发现，低氧胁迫下N-糖基化修饰缺陷突变体种子的萌发受抑制，成年植株的低氧胁迫耐受性降低；转录分析表明无氧呼吸代谢基因和转录因子HRE1和RAP2.2的表达水平在N-糖基化缺陷突变体中显著降低。进一步的糖基化蛋白质组学分析表明，低氧下乙烯受体蛋白存在N-糖基化差异变化，因此推测N-糖基化可能通过修饰乙烯受体，进而介导乙烯信号调控的植物低氧胁迫应答。本项目拟通过生物化学、蛋白质组学、分子生物学和遗传学等手段，深入解析乙烯信号途径中受体蛋白的N-糖基化修饰以及对低氧响应的功能和调控机制。预期研究成果将对深入解析植物低氧信号通路具有重要科学意义。

洪涝灾害引起的淹水胁迫严重影响植物生长与作物产量。蛋白质N-糖基化修饰在植物生长发育和逆境响应中扮演着重要角色，但是在植物低氧应答过程中的生物学功能尚不明确。实验室的前期研究发现N-糖基化缺陷会导致植物对淹水胁迫敏感。为了寻找到参与淹水胁迫的具有N-糖基化修饰的蛋白，通过糖基化蛋白质组学数据分析发现一个类受体激酶蛋白CERK1的肽段具有N-糖基化修饰。N-糖基化抑制剂以及糖苷内切酶处理后，CERK1蛋白出现迁移加快，意味着CERK1蛋白确实存在N-糖基化修饰。因此将CERK1蛋白作为N-糖基化修饰以及淹水耐受性的研究对象。通过CERK1的突变体、回补材料的淹水胁迫处理，发现CERK1正调控植物对水淹胁迫的耐受性。通过构建相关N-糖基化缺陷的CERK1-Flag转基因植物材料，并进行淹水胁迫处理分析，发现CERK1蛋白的N-糖基化修饰对其正调控淹水胁迫的耐受性是必需的。.后续的研究将围绕淹水胁迫下CERK1的生物学功能以及所调控的下游信号深入展开。相关研究目前正在有序进行。已有的研究表明类受体激酶CERK1在免疫反应信号中具有重要的调控作用。但是CERK1在非生物逆境胁迫中的响应与调控机制还鲜有报道，因此响应和调控淹水胁迫是CERK1蛋白的生物学功能多样性的重大发现。同时CERK1对水淹胁迫的响应和调控信号也将为植物低氧响应研究提供新的突破。