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ABclonal-第四代重组兔单抗先行者!

中国农大团队破解JA诱导青花素合成的分子机理

 

基本信息

题目:Arabidopsis ECAP is a New Adaptor Protein that Connects JAZ Repressors with TPR2 Co-repressor to Suppress Jasmonate-Responsive Anthocyanin Accumulation
期刊:Molecular Plant
物种:拟南芥(Arabidopsis Thaliana )
ABclonal产品:ECAP抗体订制,Anti-GFP(AE011),Anti- actin(AC009),HRP-conjugate goat anti mouse (AS003),HRP-conjugate goat anti rabbit(AS014),Anti-His (AE028), Anti-H3K9Ac (A7255),
应用:WB, CoIP, ChIP

茉莉酸(Jasmonate,JA)是重要的植物激素,能够引发植物对病虫害的防御反应,同时也影响很多植物发育进程,比如青花素的积累,雄蕊的发育,根的伸长,根毛的发育,植物的衰老等。在模式植物拟南芥中,信号负调控因子JAZ蛋白是茉莉酸信号传导通路中的核心因子。在没有茉莉酸的情况下,JAZ能够与MYC家族转录因子(MYC TFs)互作,抑制MYC TFs的转录激活活性,进而抑制下游的JA响应基因的表达;而在JA存在的情况下,JA受体F-Box家族蛋白COI1会将JAZ降解,从而释放MYC TFs,并激活下游的JA响应基因的表达,从而引发广泛的JA诱导反应(Xie et al.,1998)。

MYC TFs是JA信号通路中最重要的转录因子,能激活很多下游基因的表达,并产生各种各样的JA诱导反应。JAZ抑制MYC TFs转录激活活性有两个途径:首先,JAZ能够阻止MYC TFs和转录共激活因子(Co-activator)MED25的互作,MED25能够招募RNA聚合酶II(RNA polymerase),并激活下游基因的表达(Zhang et al., 2015, 2017; An et al., 2017)。另外一条途径是:JAZ能够通过招募转录共抑制因子(Co-repressor)TPL(TOPLESS)或者TRP到MYC TFs的下游基因,TPL或者TRP能够通过表观调控的方式改变下游基因的染色质结构,从而抑制下游基因的表达(Pauwels et al., 2010)。JAZ招募TPL或者TRP需要与接头蛋白互作。研究显示,NINJA (Novel Interactor of JAZ)能作为接头蛋白,同时与JAZ和TPL互作,帮助JAZ招募TPL,抑制MYC2的转录激活活性。然而,NINJA的作用主要发生在植物的根部,因为相比于根部,ninja突变体在地上部分的表型不是很明显。这说明,可能存在着其它的接头蛋白,帮助JAZ蛋白招募转录共抑制因子TPL或者TRP。

青花素是一类小分子次级代谢产物,具有抗氧化的作用,植物通过合成青花素渡过不良环境,已经证明,一系列的转录因子,包括WD repeat,MYB,MYC等能形成复合物调控青花素的合成(Zheng et al., 2019)。而JA参与了对这些转录因子活性的控制,JAZ能和WD repeat/MYB/MYC蛋白复合体中的许多关键成分互作,并通过招募转录共抑制因子TPL,抑制WD repeat/MYB/MYC蛋白复合体的活性(Qi et al., 2011)。然而青花素主要在地上部分合成,NINJA并不能作为JAZ的接头蛋白参与拟南芥的JA诱导型青花素合成的调控。那么是否存在NINJA之外的JAZ接头蛋白,介导JAZ与转录共抑制因子TPL或者TRP的互作,并抑制下游青花素合成基因的表达,仍然不清楚。

近日,Molecular Plant 在线发表了中国农业大学傅缨课题组题为Arabidopsis ECAP is a New Adaptor Protein that Connects JAZ Repressors with TPR2 Co-repressor to Suppress Jasmonate-Responsive Anthocyanin Accumulation的文章,报道了一种新的接头蛋白ECAP,能连接JAZ和转录共抑制因子TRP2,并抑制JA响应的青花素积累。

《中国农大团队破解JA诱导青花素合成的分子机理》

本研究中,作者在拟南芥T-DNA插入突变体库中,找到了两个青花素含量很高的突变体,ecap-1和ecap-2,研究发现,这两个突变体都在三号染色体上的At3G58110外显子处有T-DNA的插入。At3G58110编码一个功能未知蛋白,通过亚细胞定位,发现该基因编码的蛋白定位于细胞核。序列分析显示,在其编码蛋白的374-379aa处有一个EAR结构域,EAR结构域在很多著名的转录抑制因子中都存在,如IAA(INDOLEACETIC ACID-INDUCED PROTEIN),NINJA,AFP(ABI FIVE BINDING PROTEIN)。一般认为,EAR结构域能够招募转录共抑制因子TPL或者TRP,从而抑制下游基因的表达。

作者将ecap-2分别和拟南芥JA受体突变体coi1-1,JA合成突变体opr3进行杂交,获得ecap-2/coi1-1和ecap-2/orp3两个双基因突变体,通过研究JA处理和不处理条件下,这些突变体的青花素积累结果,发现ECAP同时拥有COI1依赖型和COI1不依赖型两种调控青花素积累的能力。

作者将ecap-2和野生型的拟南芥分别进行了RNA seq,结果显示,很多早期JA响应基因(early JA responsive genes)在ecap-2中上调表达,其中包括一些青花素合成基因,如MYB75,TT8,DFR,UF3GT,DFR,ANS等。同时,作者还将GFP-ECAP和GFP-ECAPmEAR(EAR结构域突变的ECAP)在野生型拟南芥Col中进行了过表达,发现青花素合成基因ANS在GFP-ECAP过表达植株中明显下调,而在GFP-ECAPmEAR却没有发生变化。这说明,ECAP通过其EAR结构域,抑制JA响应的青花素合成基因的表达。

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由于ECAP是定位于细胞核的含有EAR结构域的JA信号抑制因子,因此,作者怀疑ECAP可能是JAZ的接头蛋白。基于这个假设,作者利用ECAP作为诱饵蛋白,进行了酵母双杂交筛选,结果发现ECAP能够和JAZ家族的JAZ6,JAZ8互作。一系列的体内体外蛋白互作实验,如CoIP,pulldown,BiFc,LCI都证明了他们的互作。作者用Crispr Cas9技术,创制了JAZ6和JAZ8的突变体jaz6和jaz8,并证明了JAZ6和JAZ8确实参与了JA诱导的青花素合成。另外,通过杂交,作者创制了ecap/jaz6,ecap/jaz8以及ecap/jaz6/jaz8等双基因以及三基因突变体,结果显示,这些双基因和单基因突变体的青花素积累量与ecap单基因突变体的积累量相似,且都明显高于野生型,因此JAZ6和JAZ8都是通过ECAP来调控JA响应的青花素合成。

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另外,研究结果显示,转录共抑制因子TPL或者TRP一般是通过诱导组蛋白去乙酰化来抑制下游基因的表达的(Pauwels et al., 2010)。作者研究了ecap和野生型拟南芥中青花素合成基因ANS(ECAP的下游基因)的H3K9AC修饰,结果显示,在JA存在情况下,ecap中ANS的H3K9Ac的丰度显著高于野生型,这意味着,ECAP可能作为接头蛋白,帮助JAZ6和JAZ8来招募转录共抑制因子TPL或者TRP。为了进一步证明这一点,作者还用酵母双杂交,研究了ECAP和所有已知的转录共抑制因子的互作,结果显示,ECAP和TRP2能够发生蛋白互作。作者又用Crispr Cas9创制了TRP2的突变体trp2,表型分析结果显示TRP2确实参与了JA响应的青花素合成调控。因此,证明了ECAP作为接头蛋白,介导了JAZ6,JAZ8和TRP2的互作,共同调控JA响应的青花素合成。

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综上所述,本研究鉴定了一个新的JAZ接头蛋白,能够连接JAZ6,JAZ响应转录共抑制因子TRP2,抑制JA诱导型的青花素合成。这一通路,对于我们理解植物的JA信号通路,青花素的合成以及植物对逆境的响应非常重要。

 

参考文献

1.An, C.P., Li, L., Zhai, Q.Z., You, Y.R., Deng, L., Wu, F.M., Chen, R., Jiang,H.L., Wang, H., Chen, Q., et al. (2017). Mediator subunit MED25 links the jasmonate receptor to transcriptionally active chromatin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 114: 8930-8939.
2.Pauwels, L., Barbero, G.F., Geerinck, J., Tilleman, S., Grunewald, W., Perez, A.C., Chico, J.M., Bossche, R.V., Sewell, J., Gil, E., et al. (2010). NINJA connects the co-repressor TOPLESS to jasmonate signalling. Nature 464: 788-791.
3.Qi, T., Song, S., Ren, Q., Wu, D., Huang, H., Chen, Y., Fan, M., Peng, W., Ren, C., and Xie, D. (2011). The Jasmonate-ZIM-domain proteins interact with the WD-Repeat/bHLH/MYB complexes to regulate Jasmonate-mediated anthocyanin accumulation and trichome initiation in Arabidopsis thaliana. The Plant cell 23: 1795-1814.
4.Xie, D.X., Feys, B.F., James, S., Nieto-Rostro, M., and Turner, J.G. (1998). COI1: an Arabidopsis gene required for jasmonate-regulated defense and fertility. Science 280: 1091-1094.
5.Zhang, F., Yao, J., Ke, J., Zhang, L., Lam, V.Q., Xin, X.F., Zhou, X.E., Chen, J., Brunzelle, J., Griffin, P.R., et al. (2015). Structural basis of JAZ repression of MYC transcription factors in jasmonate signalling. Nature 525, 269-273
6.Zheng, T., Tan, W., Yang, H., Zhang, L., Li, T., Liu, B., Zhang, D., and Lin H. (2019). Regulation of anthocyanin accumulation via MYB75/HAT1/TPL-mediated transcriptional repression. PLoS Genet 15:e1007993.

 

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