中科院Nature子刊植物代谢信号调控新机制

　　

生物通报道  来自中科院遗传与发育生物学研究所、动物所及中国科学院大学的研究人员在拟南芥中，揭示了细胞分裂素信号转导的一个新调控机制，相关论文“S-nitrosylation of phosphotransfer proteins represses cytokinin signaling”发表在2月26日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

领导这一研究的是中科院遗传与发育生物学研究所的左建儒(Jianru Zuo)研究员。现任中国遗传学会常务理事、植物遗传与基因组学专业委员会主任。其课题组主要研究方向是细胞分裂素信号转导、植物细胞程序性死亡以及植物功能基因组学。

细胞分裂素（Cytokinin）对一种在植物生长和发育过程中起重要作用的植物激素，参与许多生理过程，如分生组织分化、叶绿素分化、微管组织分化、叶片衰老、调控顶端优势、生物和非生物胁迫反应等。研究细胞分裂素的信号转导机制对于阐明其生物学功能具有重要意义。自从细胞分裂素发现以来，关于细胞分裂素及其转导机制研究已取得了一定的进展，然而细胞分裂素等植物激素的调节机制仍是植物生物学的主要挑战。

近年来，许多有力的证据显示，细胞分裂素信号传导是一个多步骤的“磷酸接力传递”(phosphorelay)过程。，磷酸基团连续从细胞分裂素受体向组氨酸磷酸转运蛋白(AHPs)和反应调节器(ARRs)传递。然而，对于这种磷酸转移的调控机制目前仍知之甚少。

在这篇文章中，研究人员证实一氧化氮(nitric oxide, NO)在细胞分裂素信号调控中发挥了重要的作用。NO是生物体内重要的气体信号分子，广泛参与调控动植物生长发育和逆境应答等各种生命活动。NO发挥其生物学功能的重要方式之一是与某些蛋白质特定半胱氨酸(cysteine, Cys)巯基(-SH)共价结合形成蛋白质巯基亚硝基(-SNO)。

他们发现，NO通过巯基亚硝基化抑制磷酸转移，对细胞分裂素信号进行了负调控。AHP1 Cys 115位点巯基亚硝基化抑制了它的磷酸化以及随后磷酸基团转移至ARR1。AHP1发生不能被亚硝基化的突变，可使得突变蛋白对NO的磷酸化抑制作用不敏感，部分缓解了NO对于细胞分裂素反应的抑制效应。与之相反，AHP1模拟亚硝基化（nitrosomimetic）突变则可减少AHP1和ARR1磷酸化，抑制了细胞分裂素反应。

新研究为我们揭示了氧化还原信号与细胞分裂素信号协同调控植物生长和发育的一种新机制。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

S-nitrosylation of phosphotransfer proteins represses cytokinin signaling

Cytokinin is an essential phytohormone in plant growth and development. In Arabidopsis, cytokinin signalling is mediated by a phosphorelay that sequentially transfers phosphoryl groups from the cytokinin receptors to histidine phosphotransfer proteins (AHPs) and response regulators (ARRs). However, little is known about the regulatory mechanism of the phosphorelay. Here, we show that nitric oxide negatively regulates cytokinin signalling by inhibiting the phosphorelay activity through S-nitrosylation. S-nitrosylation of AHP1 at Cys 115 represses its phosphorylation and subsequent transfer of the phosphoryl group to ARR1. A non-nitrosylatable mutation of AHP1 renders the mutant protein insensitive to nitric oxide in repressing its phosphorylation, and partially relieves the inhibitory effect of nitric oxide on the cytokinin response. Conversely, a nitrosomimetic mutation of AHP1 causes reduced phosphorylation of AHP1 and ARR1, thereby resulting in a compromised cytokinin response. These findings illustrate a mechanism by which redox signalling and cytokinin signalling coordinate plant growth and development.

作者简介：

左建儒

研究员，博士生导师。

1984年7月毕业于西南师范大学生物系，获学士学位。1988年7月获中科院遗传所硕士学位。1994年12月获美国迈阿密大学博士学位，1995年进入美国洛克菲勒大学进行博士后研究。2000年入选中国科学院“****”，并在结题验收中获得优秀。2001年国家杰出青年科学基金获得者。2003年入选国家自然科学基金委员会“优秀创新群体”。中国遗传学会常务理事、植物遗传与基因组学专业委员会主任。Molecular Plant, Physiologia Plantarum, Plant Signaling & Behavior, Biology of Cell,《科学通报》，《生物化学与生物物理进展》等刊物编委 。北京大学、山东农业大学、兰州大学和江苏大学客座教授。

实验室的主要研究方向是细胞分裂素信号转导、植物细胞程序性死亡以及植物功能基因组学。