【The Plant Cell】比利时根特大学研究团队通过正向遗传学筛选发现新的BIN2调节因子及其调控机制

油菜素类固醇(BRs)是植物生长和发育所必需的类固醇激素。BRs结合并激活富含亮氨酸重复受体激酶BRI1及其共受体BAK1,从而使类GSK3激酶BIN2失活并触发BR反应。Bikinin是类GSK3激酶的抑制剂，可启动BR信号，作为BR信号的强效活化剂被广泛用于BR信号通路的功能研究。

2022年7月25日,The Plant Cell在线发表了比利时根特大学Eugenia Russinova团队题为“Adenosine monophosphate deaminase modulates BIN2 activity through hydrogen peroxide-induced oligomerization”的研究论文。尽管BR信号通路的研究已经硕果累累，但是BIN2活性调控机制仍然有待进一步深入研究。本文作者通过对拟南芥中Bikinin抗性突变体的正向遗传筛选发现了未知的BIN2调节因子。该研究发现腺苷一磷酸脱氨酶ADENOSINE MONOPHOSPHATE DEAMINASE (AMPD)突变降低了拟南芥幼苗对Bikinin和BRs的敏感性。进一步的研究表明，AMPD通过调节H2O2的体内平衡来调节BIN2寡聚化。与其单体相比，BIN2寡聚物活性较低，对Bikinin更敏感。此外，BIN2磷酸化AMPD可能改变其功能。总之，该研究揭示了AMPD和BIN2之间活性氧稳态介导的调节环（Regulation Loop），该调节环微调BIN2激酶活性以控制植物生长和发育。

Bikinin可以触发拟南芥的BR响应过程，研究人员为了寻找BR信号通路新的调控蛋白，故而使用Bikinin进行正向遗传学筛选。研究人员以较短的下胚轴、深绿色子叶作为筛选标准，筛选了约10000颗M2代种子，最终找到了7个有Bikinin抗性的突变体，即bres1--bres7。作者选择bres1和bres2进一步分析，bres1和bres2突变体对Bikinin和BL (Brassinolide)不敏感。研究人员进一步确定了bres1和bres2突变体均在AMPD基因发生了突变（蛋白序列G305A）。并且bres1 (fac1-3)对Bikinin不敏感的表型能够被AMPD基因恢复。进一步，作者使用一种AMPD的抑制剂Nucleoside Deaminoformycin (DF)处理野生型拟南芥，也能够观察到其对Bikinin不敏感。

以上结果说明AMPD的确调控BIN2活性。那么，AMPD是通过什么方式调控BIN2呢？有报道表明DF能够引起植物体内ATP水平上升，研究人员首先猜测可能是ATP水平影响调控了BIN2活性。作者使用了ATP合成抑制剂（Oligomycin）处理，发现其并不能减弱突变体对Bikinin的不敏感表型。有文献报道，AMPD3可以增加活性氧水平，因此作者在培养基中添加H2O2，结果表明H2O2可以恢复bres1 (fac1-3)对于Bikinin的不敏感表型，这说明AMPD调控BIN2活性依赖植物体内活性氧水平。并且进一步实验也显示bres1 (fac1-3)突变体植株体内H2O2水平显著降低。

那么紧接着第二个问题就是H2O2是否对BIN2活性有直接影响？作者体外纯化HIS-SUMO-BIN2发现其大多以单体的形式存在。而当使用H2O2处理以后，发现能够促使其形成寡聚体。研究人员进一步进行磷酸化实验表明，寡聚体形式的BIN2对于BES1的磷酸化能力减弱。这说明AMPD通过H2O2影响BIN2形成寡聚体调控其活性（图2）。有趣的是BIN2可以直接与AMPD互作，并磷酸化AMPD。进一步实验结果表明，体外施加BL可以增加bres1 (fac1-3)根中H2O2水平，这暗示着BIN2可能通过AMPD调控活性氧水平。

总之，作者通过正向遗传学的方式筛选到BIN2的调控蛋白AMPD，AMPD影响了H2O2水平，导致BIN2蛋白的存在形式在单体和寡聚体之间切换，最终影响BIN2磷酸化下游信号组分的能力（图3）。

比利时根特大学Qing Lu为本文的第一作者，Eugenia Russinova为本文的通讯作者。

原文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac203/6649703

转自：植物科学SCI

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