NC｜美国研究人员揭示生长素反应因子蛋白凝聚与核-细胞质相互作用的调控机制

生长素对植物的生长发育具有重要的调控作用。生长素驱动的转录反应是通过生长素反应因子（ARF）家族转录因子介导的。ARF蛋白的凝聚会减弱ARF的活性，导致生长素转录产生变化。虽然ARF凝聚调节生长素反应的细胞能力，控制ARF凝聚形成的机制是未知的。

2022年7月11日，Nature Communications在线发表了杜克大学生物系Lucia C. Strader课题组及其合作者发表的题为“Regulation of AUXIN RESPONSE FACTOR condensation and nucleo-cytoplasmic partitioning”的研究论文。作者通过对ARF缩合进行正向遗传学筛选，确定了一个F-box蛋白AUXIN RESPONSE FACTOR F-BOX1 （AFF1），发现SCFAFF1介导的ARF蛋白调控驱动生长素反应和植物发育。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31628-2

ARF7和ARF19是A类ARF，作为生长素反应的转录激活剂，在植物发育过程中协同发挥重要作用，其蛋白质的活性受蛋白质凝聚的调节。为了确定调控其蛋白凝聚的因素，作者对EMS诱变的arf19-1 35 S:YFPARF19进行了基于荧光的正向遗传学筛选，发现ARF19凝聚个体增多（图1a）。接下来，作者研究了野生型和aff1的ARF19凝聚体的特性。结果显示，该细胞中的YFP-ARF19凝聚体在野生型融合后形成了更大的球形体（图1d, e）。相比之下，aff1中的YFP-ARF19凝聚体在融合后保留了不同的超微结构，并未能达到与野生型凝聚体相同的融合后球形（图1d, e），这表明aff1中ARF19凝聚体的动力学下降。此外，aff1-1突变体在AFF1的第一个外显子有C到T的转变，导致Pro-93被Leu残基取代（图1h）。AFF1蛋白包含一个N端F-box结构域、一个富亮氨酸重复区（LRR）和一个C端FBD基序（图1h）。

之前的研究表明，ARF7和ARF19蛋白凝聚主要集中在细胞质上，而核ARF7和ARF19是扩散的。那么，aff1是否会影响ARF的核-细胞质分离？尽管ARF7和ARF19凝聚物的数量和大小增加，但aff1在ARF19和ARF7核聚集减少（图2a-c）。大部分ARF19（图2d, e和g）和ARF7（图2f和h）蛋白存在于野生型根尖细胞的细胞核中，而大部分蛋白存在于aff1根尖细胞的细胞质部分（图2d-h）中。因此，要么ARF超缩合消耗了了核中部分ARF蛋白，要么aff1在调控ARF凝聚和ARF核-细胞质分割方面发挥了双重作用。

与野生型相比，aff1突变体在每个组织中（图3a-c）的YFP-ARF19和ARF7-HA的积累都有所增加。此外，使用26 S蛋白酶体抑制剂MG132处理，HA3-ARF1、ARF7-HA和YFP-ARF19的积累量增加（图3d, e），这与这些蛋白质被这种蛋白质降解机制一致。

体外YFP-ARF19和ARF7- HA蛋白降解实验表明，与GST-AFF1相比，与GST-AFF1重组蛋白孵育植物裂解试剂可提高ARF19和ARF7的降解（图4）。相反，与GST-ΔF-box-AFF1孵育植物裂解试剂，AFF1的截短本应无法与SCF复合物结合，但保留与底物相互作用的能力，从而降低了YFP-ARF19和ARF7-HA的降解（图4）。这表明这种截断保护ARF19免受内源性降解机制的影响。因此，AFF1可以调控ARF19和ARF7蛋白的积累。

那么，AFF1是否可以直接与拟南芥SKP1-LIKE （ASK1）互作？通过pull-down实验发现，GST-AFF1而不是GST-ΔF-box-AFF1与异源表达的His-ASK1相互作用（图5d），这表明AFF1结合到SCF E3泛素连接酶复合体中形成SCFAFF1。AFF1与ARF7和ARF19蛋白的直接相互作用，结合AFF1调控ARF19和ARF7积累的结果，可以得出结论：SCFAFF1在调节ARF7和ARF19蛋白积累、凝聚和核-细胞质分离方面发挥了作用。

aff1等位基因的形态测量分析发现叶片伸长和向下弯曲（图6a），这是在生长素信号转导缺陷的突变体中经常发现的表型。此外，aff1突变体对合成的生长素2,4-D对根伸长的抑制作用表现出抗性（图6b, c）。这些形态表型表明，aff1突变体对生长素的反应被抑制了。因此，作者研究了野生型aff1-1和aff1-3中生长素响应性转录本的整体积累（图6d-f）。与野生型相比，这两个等位基因的响应性都较低，多个转录本显示生长素响应性减弱（图6e, f）。此外，aff1突变体显示减少的生长素应答转录本积累。因此，aff1中观察到的生长素反应减弱是由ARF7和ARF19凝结增加和ARF7和ARF19蛋白积累减少引起的。

综上所述，SCFAFF1促进ARF7和ARF19的积累、凝聚和核-细胞质分配来调节生长素的反应，从而影响植物的生长和发育（图7）。该研究为深入了解生长素调控的复杂反应网络背后的机制提供了新的见解，并为研究生长素生物学开辟了新的途径。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31628-2

转自：植物科学最前沿

如有侵权，请联系本站删除！