拟南芥MAPK和硝酸还原酶介导NO产生的分子机制

一氧化氮作为信号分子，参与了植物生长发育、胁迫应答、气孔运动和细胞死亡等许多重要生理过程。已知依赖硝酸还原酶的酶促合成途径是植物NO的主要来源，我们前期工作证实活性氧激活MPK6磷酸化NIA2介导了根系NO产生和侧根发育过程。最近研究还发现MPK3也能以不同的方式磷酸化NIA1，但不参与根系发育的调控。推测这是一条新的NO产生调控途径。本项目拟综合多学科研究技术，系统解析MPK3磷酸化NIA1，促进NR活性和NO产生的生物化学过程，并通过对NIA1点突变转基因植物的生理学和细胞学检测，推测其参与的生理活动，同时检测磷酸化修饰对NIA1催化硝酸还原和NO产生的酶促动力学的影响，从而深入了解植物NR活性和氮同化调控的分子机制，并解析植物NR依赖的NO产生途径的诸多细节。这一研究将为了解不同MAPK对不同上游信号感受和下游底物选择的差异，探讨植物胁迫应答过程中信号的整合与区分的基本机制提供线索。

一氧化氮作为信号分子，参与了植物生长发育、胁迫应答、气孔运动和细胞死亡等许多重要生理过程。已知依赖硝酸还原酶的酶促合成途径是植物NO的主要来源，我们前期工作证实活性氧激活MPK6 磷酸化NIA2介导了根系NO产生和侧根发育过程。在前期工作的基础上，本研究发现MPK3也能磷酸化NIA1，促进NIA1的活性和NO产生；同时，我们利用非标记磷酸化蛋白组学研究技术在蛋白组学水平系统比较了野生型和缺失所有10个SnRK2的十突变体遗传材料中磷酸化蛋白组学的差异，鉴定获得约205个可能的SnRK2激酶的底物。这些底物可能参与了植物对于代谢、mRNA降解和剪切，囊泡运输等生物过程。我们发现硝酸还原酶NR也是SnRK2的底物。发现SnRK2通过磷酸化NR蛋白N末端丝氨酸介导了渗透胁迫对NIA蛋白的降解；同时还发现保卫细胞中ABA诱导的NO积累负反馈ABA信号转导过程。NO诱导SnRK2.6激酶活性区域137位半胱氨酸的巯基亚硝酰化，抑制SnRK2.6活性。巯基亚硝酰化介导的蛋白激酶活性的抑制可能代表了SNF1/GSK家族蛋白激酶的活性调控的新方式；我们证明BASL也是MAPK级联系统的底物。MPK3/6对BASL蛋白的磷酸化决定了BASL蛋白的极性定位。MAPK和BASL之间组成的正反馈途径在保卫细胞的极性发育过程中有重要的作用。磷酸化的BASL可能作为支架蛋白（Scaffold Protein），调控YODA蛋白定位，从而影响保卫细胞的极性发育过程。这些研究工作为深入了解NO和ABA下游的信号转导过程以及NO和ABA如何调控基因表达、气孔运动以及气孔发育等一系列的生理过程提供了有价值的信息。