【科研进展】王存课题组在矿质元素吸收与利用研究领域连续取得重要进展
近日，beat365官方网站王存课题组在学校“双一流”建设A刊Molecular Plant在线发表了题为“Ca2+-dependent successive phosphorylation of vacuolar transporter MTP8 by CBL2/3-CIPK3/9/26 and CPK5 contributes to manganese homeostasis in Arabidopsis”的研究论文，揭示了钙信号精准调控植物锰稳态的重要新机制。
锰是植物生长发育的必需微量元素，但酸性土壤和渍水土壤会对植物造成锰毒害。与其它微量元素相比，关于锰的吸收、转运和分配的调控机制还很不清楚。该课题组最新研究发现，感受器cbl2/3以及其互作的蛋白激酶cipk3/9/26突变体对高锰胁迫显著耐受。重要的是，CIPK3/9/26与液泡膜定位的锰转运体MTP8物理互作，并磷酸化MTP8的第35位丝氨酸。酵母缺陷互补实验结合多种生理生化实验表明，CBL2/3-CIPK3/9/26介导的MTP8磷酸化抑制其转运活性。
进一步通过体内磷酸化、磷酸化质谱等实验发现，CIPK3/9/26和CPK4/5/6/11对MTP8的磷酸化存在时间上的明显差异，并且不依赖于锰浓度的变化。酸性和渍水等土壤引起的高锰胁迫会激发植物Ca2+信号，CPK4/5/6/11磷酸化并激活MTP8，MTP8将细胞质中多余的锰离子隔离到液泡内，从而增加地下部锰含量，降低地上部锰含量，以保护植物避免高锰毒害。随后，植物为了实现生长和逆境的最佳平衡，CBL2/3招募CIPK3/9/26到液泡膜上并磷酸化MTP8，降低其活性以起到“刹车”的作用。
综上所述，该研究系统揭示了CBL2/3-CIPK3/9/26与CPK4/5/6/11拮抗调控植物锰稳态的分子机制。这种“加油/刹车”机制为植物逆境信号转导的解析提供了范式，并为培育有益重金属超富集作物和有毒重金属低积累品种提供了理论依据和技术支持。
图1 Ca2+信号精准调控植物锰稳态的模式图
beat365官方网站博士琚传凤为该论文的第一作者，副教授张振乾、中国农业大学博士邓金萍为共同第一作者。王存教授为通讯作者，中国农业大学巩志忠教授和德国明斯特大学Jörg Kudla教授也参与了论文的指导工作。研究得到了西北农林科技大学人才启动科研经费、国家自然科学基金等项目的资助。
王存课题组今年在植物矿质元素吸收与利用研究领域取得了一系列重要进展，发现了Ca2+信号“阴阳”调控植物锰稳态的重要机制(Ju et al., 2021; Zhang et al., 2021, “双一流”A刊)，揭示了植物通过ABA平衡低氮胁迫与生长发育的新机制(Su et al., 2021, 生物类一区, ESI1%高被引论文)，提出了分子开关小G蛋白调控磷吸收的重要机制(Gao et al., 2021, 生物类一区)，研究结果为农业生产“减肥增效”提供了理论依据和技术支持。
参考文献：
Chuanfeng Ju#, Zhenqian Zhang#, Jinping Deng#, Cuicui Miao, Zhangqing Wang, Lukas Wallrad, Laiba Javed, Dali Fu, Ting Zhang, Jörg Kudla, Zhizhong Gong and Cun Wang*.(2021)Ca2+-dependent successive phosphorylation of vacuolar transporter MTP8 by CBL2/3-CIPK3/9/26 and CPK5 contributes to manganese homeostasis in Arabidopsis.Molecular Plant. https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.11.012.
Zhenqian Zhang#, Dali Fu#, Zhihui Sun#, Chuanfeng Ju, Cuicui Miao, Zhangqing Wang, Dixiang Xie, Liang Ma, Zhizhong Gong and Cun Wang*. (2021). Tonoplast-associated calcium signaling regulates manganese homeostasis in Arabidopsis. Molecular Plant. 14(5):805-819.
Huiling Gao#, Tian Wang#, Yanting Zhang, Lili Li, Chuanqing Wang, Shiyuan Guo, Tianqi Zhang and Cun Wang*. (2021) GTPase ROP6 negatively modulates phosphate deficiency through inhibition of PHT1;1 and PHT1;4 in Arabidopsis thaliana. Journal of Integrative Plant Biology. 63(10):1775-1786.
Hang Su#, Tian Wang#, Chuanfeng Ju#, Jinping Deng, Tianqi Zhang, Mengjiao Li, Hui Tian and Cun Wang*. (2021). Abscisic acid signaling negatively regulates nitrate uptake via phosphorylation of NRT1.1 by SnRK2s in Arabidopsis. Journal of Integrative Plant Biology.63(3):597-610.
编辑：黄海瀛
终审：王存