PBJ|北京林业大学付玉杰团队揭示代谢物褪黑素通过CcARP1磷酸化修饰CcADF9调节微丝骨架形态以缓解木豆盐胁迫的分子机制

近日，北京林业大学付玉杰教授团队继前期在Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、The Plant Journal等植物学重要杂志发表次生代谢分子调控研究论文后，2023年9月在国际植物学权威期刊Plant Biotechnology Journal上发表题为“Melatonin-mediated CcARP1 alters F-actin dynamics by phosphorylation of CcADF9 to balance root growth and salt tolerance in pigeon pea”的研究论文。该研究揭示了代谢物褪黑激素介导的CcARP1-CcADF9磷酸化模块在促进木豆根系生长和增强对盐胁迫耐受性中的作用。

复杂的自然环境使植物不断进化其防御机制，以维持生长和繁殖。当植物面临压力时，从细胞，器官到整个植物体的防御系统在各个层面上被激活。根据胁迫的强度和持续时间，植物可能经历生长抑制或死亡。胁迫对植物的损害程度将决定它是否能恢复生长。本研究发现，当盐胁迫损害木豆生长时，其根细胞微丝骨架紊乱。在代谢物褪黑素恢复处理过程中，相对于对照处理，木豆的相对含水量、脯氨酸、可溶性糖等相关生理指标和根细胞微丝骨架动态可以更快地稳定下来。这表明褪黑素可以促进植物防御系统的修复，稳定植物生长。

在这项研究中，作者首先鉴定了木豆全基因组的肌动蛋白解聚因子家族基因(ADFs)在代谢物褪黑素和盐胁迫处理下的基因表达模式。进一步分析发现，CcADF9是切断木豆肌动蛋白丝的关键蛋白。盐胁迫诱导CcADF9过表达，导致微丝过度断裂，破坏肌动蛋白动态重组平衡，使木豆遭受盐胁迫损伤。CcARP1是一种与CcADF9相互作用并使其磷酸化以抑制其微丝切断活性的激酶。同时，褪黑素处理能诱导提高CcARP1的转录水平，并增强CcARP1与CcADF9在体内的相互作用。

付玉杰教授课题组利用前期建立的木豆Hairy-Root高效根部转基因体系，构建了多个相关的过表达和抑制表达株系。通过观察转基因根在木豆盐胁迫处理中的生长情况和状态，我们提出了代谢物褪黑素是如何缓解木豆盐胁迫并影响肌动蛋白动态平衡的分子模型：盐胁迫导致CcADF9过量表达并引起肌动蛋白丝过度断裂，使木豆遭受胁迫和生长受到抑制；褪黑素诱导CcARP1的表达，提高CcADF9的磷酸化水平，使过量表达的CcADF9蛋白失活，从而缓解了木豆的盐胁迫损伤。以上研究结果展现了代谢物褪黑素在未来农业生产中的潜在应用价值，同时为相关耐盐基因的分子育种提供了良好的理论基础。

北京林业大学林学院博士研究生曹红燕和杨清副教授为该论文的共同第一作者，付玉杰教授和孟冬教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（(31930076，32171742），重点研发子课题（(2022YFD2200603，2022YFD2200905）和北京林业大学杰出青年人才基金（2019JQ03009）的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14170

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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