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中科院遗传发育所左建儒团队与合作者揭示一氧化氮调控生长素信号转导的分子机制

  • 转自：植物生物技术Pbj公众号
  • 日期：2023-05-17
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        一氧化氮(nitric oxide, NO)是有机体内一种重要的气体信号分子，参与调控植物的开花、种子萌发、生殖发育、器官发育、胁迫反应等众多生物学过程。NO发挥其生理功能的主要方式是对靶蛋白特异的半胱氨酸残基进行蛋白翻译后修饰，即S-亚硝基化修饰(S-nitrosylation)。S-亚硝基化修饰通过改变蛋白质亚细胞定位、蛋白质间相互作用以及蛋白质稳定性等途径调控蛋白质的生物学功能。NO的很多生物学功能是通过调控激素信号通路而实现。植物激素生长素能够诱导抑制子Aux/IAA蛋白与受体TIR1结合，随后通过26S蛋白酶体降解，从而激活生长素在细胞核内的信号转导。NO和生长素之间存在密不可分的调控网络，然而对其相互作用的分子机制却知之甚少。
        2023年5月13日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国科学院遗传与发育生物学研究所左建儒研究员与合作团队题为“Nitric oxide-mediated S-nitrosylation of IAA17 protein in intrinsically disordered region represses auxin signaling”的研究论文。该研究揭示了NO通过抑制IAA17蛋白的降解从而负调控生长素信号转导，发现NO介导IAA17蛋白内在无序区域的Cys-70位点发生S-亚硝基化修饰，抑制其与生长素受体TIR1的结合，从而负调控生长素响应。

        为探索NO是否直接影响生长素信号转导抑制子蛋白IAA17的生物学功能，该研究首先检测了NO供体SNP和GSNO对IAA17NT-GUS融合蛋白稳定性的影响，发现NO可以抑制IAA17NT-GUS蛋白的降解。进一步发现IAA17NT-GUS蛋白在NO浓度升高的突变体中也显著积累。生物化学实验结果表明IAA17蛋白的S-亚硝基化修饰发生在Cys-15和Cys-70位点。分子模拟发现IAA17蛋白的Cys-70位点与生长素受体TIR1之间的互作频率远高于Cys-15位点，暗示Cys-70在IAA17和TIR1之间的相互作用中发挥重要作用。人工合成的酵母Aux/IAA蛋白降解实验表明，模拟亚硝基化修饰的IAA17C70W点突变蛋白的降解在该酵母体系中显著受到抑制。免疫共沉淀和蛋白降解实验发现NO供体GSNO明显抑制IAA17蛋白和受体TIR1的结合。IAA17C70W点突变转基因植物表现出对生长素拮抗和侧根缺失的表型。

Nitric oxide (NO)调控生长素信号转导的分子机制

生长素抑制子蛋白IAA17在Cys-70位点的S-亚硝基化修饰可能改变IAA17蛋白的空间状态，从而削弱其与受体TIR1的结合，导致IAA17蛋白积累进而抑制生长素信号转导

        综上所述，该研究发现了NO介导的生长素抑制子蛋白IAA17在Cys-70位点的亚硝基化修饰，该修饰抑制受体TIR1和IAA17之间的结合从而导致IAA17蛋白积累，由此调控生长素的信号响应，进而影响植物生长发育。

作者简介

        中国科学院遗传与发育生物学研究所已毕业博士生景宏伟和杨晓璐为该论文共同第一作者，景宏伟博士和左建儒研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金、中国科学院和植物基因组学国家重点实验室资助

引用本文

Hongwei Jing, Xiaolu Yang, Ryan J. Emenecker, Jian Feng, Jian Zhang, Marcelo Rodrigues Alves de Figueiredo, Patarasuda Chaisupa, R. Clay Wright, Alex S. Holehouse, Lucia C. Strader, Jianru Zuo. (2023). Nitric oxide-mediated S-nitrosylation of IAA17 protein in intrinsically disordered region represses auxin signaling. Journal of Genetics and Genomics. 

DOI：10.1016/j.jgg.2023.05.001