丝裂原活化蛋白激酶3/6通过磷酸化AtIAA3与AtIAA7调控拟南芥生长素信号传导的分子机制

本研究揭示了拟南芥中生长素信号通路与MAPK级联的新型交叉对话：生长素激活MPK3/MPK6后，其直接磷酸化转录抑制蛋白Aux/IAA家族成员IAA3（Ser-58位点）与IAA7（Ser-26位点），进而促进二者通过26S蛋白酶体途径降解。该修饰通过调控IAA3/IAA7稳定性影响ARF7介导的转录激活，最终调控植物初级根发育。研究首次发现ARF7可反向调控MPK3/MPK6的转录，形成了生长素-MPK3/6-IAA3/7-ARF7的正反馈环路，为植物激素信号与激酶网络互作提供了新范式。

　　

MAP kinases activation upon Auxin treatment and interaction with AtIAA3 and AtIAA7

先前研究表明MPK3/MPK6对生长素促进的侧根形成至关重要，但该过程中MAPK的具体底物仍属未知。值得注意的是，IAA3、IAA7、IAA17、IAA19和IAA28的突变均会导致侧根发育缺陷。MAP激酶可通过直接或间接方式磷酸化底物蛋白，从而调控其活性、稳定性或亚细胞定位。本研究通过体外激酶实验与质谱分析，发现MPK3/MPK6能直接磷酸化IAA3的第58位丝氨酸（Ser-58）和IAA7的第26位丝氨酸（Ser-26）。磷酸化修饰显著增强了IAA3/IAA7与SCF^TIR1泛素连接酶复合物的亲和性，加速其通过26S蛋白酶体途径降解。

Discussion

本研究揭示了MAPK信号通路与生长素信号这两个植物发育核心调控通路之间的交叉对话。我们发现生长素激活MPK3/6后，活化的MPK3/6进而磷酸化AtIAA3和AtIAA7，这种修饰直接调控了这两个蛋白的稳定性。

SHY2/IAA3基因是根分生组织生长的关键调节因子。由于细胞分裂与分化的相对速率决定了分生组织大小，IAA3通过调控生长素信号输出在维持根分生组织稳态中起核心作用。本研究首次证实MPK3/6介导的磷酸化通过促进IAA3降解来精细调控这一过程。

更有趣的是，我们发现ARF7能结合MPK3和MPK6的启动子区域，直接调控其转录表达。这建立了一个精妙的反馈调控环路：生长素→MPK3/6激活→IAA3/IAA7磷酸化与降解→ARF7释放并激活靶基因（包括MPK3/6）转录→进一步增强MPK3/6表达。这种正反馈机制可能放大了生长素信号，确保发育过程的精准时序控制。

IAA7作为Aux/IAA家族重要成员，其功能获得性突变体axr2-1表现出侧根增多的表型。本研究发现IAA7的磷酸化修饰同样受MPK3/6调控，提示MPK通路可能通过协调多个Aux/IAA蛋白的稳定性来调控侧根发育。

值得注意的是，近期研究发现非经典IAA蛋白（如IAA33）可通过MPK14介导的磷酸化实现生长素依赖的稳定性增加。与此相反，本研究表明经典IAA蛋白（IAA3/IAA7）的MPK3/6磷酸化却促进其降解。这种对立调控模式体现了MAPK通路在生长素信号中功能的多样性，可能为植物适应不同环境信号提供了分子基础。

Conclusion

本研究证实外源生长素处理能激活拟南芥中MPK3/6，进而特异性磷酸化IAA3（Ser-58）和IAA7（Ser-26）。当使用生长素处理的mpk3或mpk6单突变体蛋白提取物时，细菌纯化的IAA3/IAA7降解速率显著加快，而磷酸化缺陷突变体（IAA3^S58A和IAA7^S26A）的降解速率较慢，说明MAP激酶介导的磷酸化确实 destabilize（降低稳定性）了IAA3和IAA7。