【Mol Plant 】小肽研究范文！小肽激活水通道蛋白并影响侧根发育的分子机制被揭示

植物在其生长发育过程中需要不断适应外界环境，植物受体激酶可以调节植物发育的各个方面和对外部环境的响应。生物活性肽是一类小于100个氨基酸的蛋白质。受体激酶可以识别具有信号功能的生物活性多肽，但对于大多数受体激酶来说，其配体仍然是未知的。蔗糖诱导受体激酶（SIRK1）属于LRR受体激酶家族，可被蔗糖激活。SIRK1与共受体QSK1相互作用，在活性状态下调节水通道蛋白的开放。目前已知LRR受体激酶与小肽配体结合，然而SIRK1的小肽配体仍需探究验证。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.09.016

2022年9月20日，德国霍恩海姆大学植物系统生物学系 Waltraud X. Schulze科研团队在Molecular Plant在线发表题为“PEP7 acts as a peptide ligand for the receptor kinase SIRK1 to regulate aquaporinmediated water influx and lateral root growth”的研究论文，揭示PEP7作为受体激酶SIRK1的小肽配体，通过形成PEP7/SIRK1/QSK1复合物调节植物水通道蛋白介导的水流入并调控侧根生长过程。

为了系统筛选SIRK1的小肽配体，研究者从野生型拟南芥幼苗中提取了蛋白提取物，并使用反相色谱法分离蛋白组分（图1A）。实验显示，SIRK1-GFPstav的活性在暴露于F2蛋白片段后被高度诱导，而F1蛋白片段的诱导程度较低。当SIRK1-GFPstarv暴露于F3蛋白片段时，激酶活性最低(图1B)。使用质谱法进行鉴定，在F1部分共鉴定了1531个蛋白；F2有4106个蛋白和F3有440个蛋白。在鉴定的蛋白质中，选择了在F1和F2中存在，在F3中不存在的候选蛋白。并进行激酶测定将候选蛋白初步定位到PEP7。

在糖饥饿后再补充30 mM蔗糖时，幼苗中信号肽PEP7的含量增加(图2A)。为了检验PEP7是否影响SIRK1-GFPstarv激酶活性，研究人员进行了体外剂量反应试验。PEP7浓度的提升增强了SIRK1-GFPstarv激酶活性，当PEP7浓度超过1µM时，SIRK1-GFPstarv激酶活性达到饱和(图2B)。使用质谱分析和免疫共沉淀实验验证了PEP7与SIRK1可以相互作用，PEP7主要与SIRK1的胞外结合域结合（图2）。接下来，研究者使用微量热泳动仪获得了更多PEP7与SIRK1-ECD结合的定量数据。不同浓度的PEP7与SIRK1-ECD孵育，得到S型结合曲线。使用PEP4或PEP6代替PEP7时，无法得到S型剂量响应曲线。以上实验证据表明，PEP7能够与SIRK1-ECD结合。PEP7是SIRK1的特异性候选配体。

研究者接下来在sirk1和pep7背景下表达的SIRK1-GFP，检测PEP7、蔗糖对SIRK1互作组的影响。蛋白质丰度为诱饵蛋白SIRK1-GFP的丰度。在蔗糖和PEP7处理下，靶标蛋白质丰度有log2倍的变化(图3)。分析显示，蔗糖和PEP7招募的蛋白中可以检测到SIRK1辅助受体QSK1及其同源物QSK2。鉴定显示水通道蛋白与SIRK1相关，与早期结果相一致(图3)。此外，与蔗糖一样，PEP7在SIRK1-GFP下拉过程中诱导了类似的水通道蛋白丰度变化。总之，PEP7诱导SIRK1形成一个与蔗糖处理后高度相似的互作组。

前人研究显示，外部蔗糖供应激活SIRK1涉及的QSK1反式磷酸化和水通道蛋白的磷酸化过程（图4）。研究者发现，在WT和pep7突变体中，外部供应的PEP7也导致QSK1/QSK2和水通道蛋白磷酸化水平的增加。重要的是，水通道蛋白的量化磷酸肽(补充表3)与SoPIP2A中已知的孔门磷酸化位点相对应，这表明与外部蔗糖处理相似，PEP7诱导水通道蛋白的磷酸化过程(图4)。

蔗糖作为一种渗透剂，可以诱导水流入原生质体中。研究者使用野生型、sirk1和pep7单突变体以及双突变体进行了原生质体膨胀实验，以检测PEP7是否也能诱导水的内流。在野生型中，甘露醇和蔗糖诱导水的内流（图5）。与甘露醇或蔗糖相比，PEP7的外源施加显著增加了水的内流。在sirk1;pep7双突变体中，蔗糖和PEP7处理都没有导致水内流增强，这表明原生质膨胀需要SIRK1。MC4参与PEP7的成熟过程。有趣的是，mc4功能缺失突变体的水内流率与pep7突变体的水内流率相似。在mc4中，与pep7一样，蔗糖不能诱导水的流入;但PEP7的施加能恢复mc4原生质体水的流入(图5)。以上结果说明由MC4活性产生的PEP7参与了水内流的调节。

接下来，研究者探讨了PEP7/SIRK1信号通路在根器官水平上的作用。在野生型中，PEP7处理导致侧根原基(LRP)在发育后期(阶段VI+VII, VIII)出现的更加频繁(图6)。在sirk1突变体中PEP7的处理没有影响。在pep7突变体中，大部分LRP发生在II+III早期。在早期阶段，PEP7的外源施加能够显著降低LRP。这可能表明，PEP7有助于LRP从早期阶段(I ~ III)到后期(VI+VII和第VIII)的发展。在sirk1; pep7突变体中，LRP分布与pep7突变体中观察到的LRP分布相似，但在第IV+V阶段LRP的频率较低。总之，以上数据显示PEP7和SIRK1对LRP出现具有重要作用。

综上所述，本研究鉴定了小肽PEP7可以作为SIRK1/QSK1受体复合物的配体。并通过生物化学、生物物理学和生理学的方法，发现PEP7与受体SIRK1的胞外结构域结合。通过QSK1的稳定作用，PEP7可以激活SIRK1，从而激活水通道蛋白，并影响侧根的发育。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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