薛红卫研究员Cell子刊揭示信号调控新机制

　　

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员在新研究中证实酪蛋白激酶1（casein kinase 1 ,CK1）通过磷酸化ACS5并促进其转换（Turnover）调控了乙烯合成。这一研究发现发表在11月20日的《Cell Reports》杂志上。

论文的通讯作者是现任中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所所长、植物分子遗传国家重点实验室主任的薛红卫(Hong-Wei Xue)研究员。其课题组主要从事植物激素作用机理及种子发育的研究。

乙烯是一种具有生物活性的植物气体激素，是植物调节多种生长阶段和胁迫响应的信号分子，其作用贯穿到种子萌发、叶片和花的脱落、果实成熟、细胞延长、创伤和病原菌侵染响应等从植物种子萌发到果实成熟直至植株衰老的一系列生命过程（延伸阅读：邓兴旺教授PNAS揭示新信号调控机制 ）。多种逆境因子都可以诱导乙烯生物合成量的增加，进而最终使得植物对多种逆境胁迫具有抵抗和耐受能力，对植株生理功能产生重要影响。由于乙烯几乎参与了植物生长发育直至衰老死亡的全部过程，它的內源产生以及信号转导一直是人们所关注的焦点。

乙烯合成是一个连续的生物化学反应过程，甲硫氨酸由S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）催化生成S-腺苷甲硫氨酸（SAM），S-腺苷甲硫氨酸再由ACC合酶(ACS)催化生成ACC，在ACC氧化酶(ACO)作用下生成乙烯。ACS是整个乙烯合成通路中的关键酶和限速酶。

酪蛋白激酶(Casein kinase, CK)是广泛存在于真核生物的丝/苏氨酸蛋白激酶, 包括CK1 和CK2 两大亚类。近年来, 在高等动物中有关CK 基因的研究有过一些报道, 但在高等植物中对CK1 的性质及作用的研究不多, 对它们在植物中的生理功能所知甚少。

在这篇文章中，研究人员确定了拟南芥CK1在调控乙烯生物合成中的功能及特征。他们发现由于乙烯过度累积，CK1.8缺陷突变体黄化幼苗(etiolated seedling)显示特征性的、乙烯特异性组成型反应。生化和生理学研究证实，CK1.8导致了乙烯生物合成关键酶ACS5第463位苏氨酸磷酸化，促进了它与E3泛素连接酶ETO1互作。CK1.8缺陷可导致ACS5累积，包含模拟去磷酸化ACS5T463A的转基因植物显示组成型乙烯反应，这证实了CK1.8通过磷酸化作用调控了ACS5的稳定性，表明了CK1.8是一个重要的乙烯生物合成调控因子。此外，他们还证实CK1.8的表达受到乙烯的反馈调控。

新研究提供了有关ACS5调控和乙烯生物合成的一些新见解。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Casein Kinase 1 Regulates Ethylene Synthesis by Phosphorylating and Promoting the Turnover of ACS5

The casein kinase 1 (CK1) family participates in various cellular processes in eukaryotes, but CK1 function in higher plants remains largely unknown. Here, we characterize the function of Arabidopsis CK1 in the regulation of ethylene biosynthesis. Etiolated seedlings of a CK1.8-deficient mutant, ck1.8-1, showed characteristic ethylene-specific constitutive responses due to overaccumulation of ethylene. Biochemical and physiological studies showed that CK1.8 phosphorylates ACS5, a key enzyme of ethylene biosynthesis, at threonine 463 to promote its interaction with the E3 ubiquitin ligase Ethylene Overproduction 1 (ETO1)……

作者简介：

薛红卫

1991年毕业于上海华东师范大学，1996年获中国科学院上海植物生理研究所博士学位。1996年赴德国马普分子植物生理研究所(Max-Planck-Institute of Molecular Plant Physiology)进行博士后研究。1998年12月应聘回国，2000年作为负责人成立“马普植物分子生理学和信号传导伙伴实验室”。现任中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所所长、植物分子遗传国家重点实验室主任。
 
研究方向：
主要从事植物激素作用机理及种子发育的研究。研究领域包括：1.植物激素(生长素、油菜素内酯)对植物生长发育的影响及其作用机理；2.植物磷酯酰肌醇信号传导系统的生理功能及与其他信号传导途径的交叉(cross-talk)；3.植物功能基因组学研究，开展水稻、油菜突变群体的创制，系统研究转录因子的表达谱及在种子发育中的作用。先后承担了国家973、863和自然科学基金委、中科院、上海市的多项研究任务,相关研究成果发表在The Plant Cell、The Plant J、Plant Physiology等国际重要学术刊物上。

获奖及荣誉：
1998年入选中科院“****”。2004年获国家杰出青年基金资助。2001年被授予上海市“新长征突击手”和“新长征突击手标兵”称号。获得2006年度“中国青年科技奖”，在水稻功能基因研究和激素作用调控机制研究的成果分别获得上海市科学技术二等奖(2005，排名第一)和自然科学二等奖(2007，排名第一)。