盐胁迫严重制约水稻生产。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联在植物盐胁迫应答中发挥核心作用,但其最上游的启动机制,尤其是MAP4K家族是否如动物中一样,能作为MAP3K的上游将信号传递至MAPK级联,在植物中仍是未解之谜。
近日,南京农业大学生命科学学院蒋明义教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“OsMAP4K6 positively regulates salt tolerance via activating OsMKK6 in rice”的研究论文,该研究首次完整克隆并解析了水稻MAP4K家族成员OsMAP4K6,系统阐明了其通过直接磷酸化OsMKK6正调控水稻耐盐性的全新机制,为阐明植物盐胁迫信号网络的早期激活机制提供借鉴。

研究者证实,OsMAP4K6是定位于细胞质与细胞膜的功能性激酶,且盐胁迫能快速诱导其基因表达及激酶活性,表明它是盐信号的早期响应元件。通过构建遗传材料,进一步证实OsMAP4K6正向调控水稻耐盐性:过表达株系存活率高、氧化损伤轻,而敲除突变体则表现为盐敏感(图1)。机制研究表明,OsMAP4K6通过增强根系Na+外排、抑制K+外流,有效维持盐胁迫下的离子稳态(图2)。最为关键的是,OsMAP4K6能够在体内外直接与OsMKK6互作,并特异性磷酸化其第13位丝氨酸(Ser13),而该位点的磷酸化是盐胁迫下充分激活OsMKK6激酶活性的必要条件(图3)。遗传证据表明,OsMKK6在耐盐性调控中与OsMAP4K6功能相似。综上所述,该研究首次将水稻MAP4K激酶(OsMAP4K6)置于盐胁迫信号通路的上游,并建立了其与MAPK级联成员(OsMKK6)的直接调控联系,深化了对植物耐盐信号网络的理解,为培育耐盐水稻新品种提供了重要的基因资源和理论依据。

图1 OsMAP4K6正调控耐盐性及其激酶活性响应

图2 OsMAP4K6调控盐胁迫下根系离子稳态

图3 OsMAP4K6磷酸化OsMKK6 Ser13并激活其激酶活性
作者和基金项目
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THE CROP JOURNAL
The Crop Journal (《作物学报(英文版)》)是中国科协主管,中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊,创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果,开展国际学术交流,促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登作物遗传与育种、作物基因组与分子育种、作物驯化与重要种质资源进化、作物分子生理与生态、作物栽培与耕作系统、作物与微生物互作、作物与环境互作及其适应性、作物基因组进化与选择、作物重要农艺性状发育、生物技术/工具/大数据等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2024年The Crop Journal的SCI影响因子为5.6,在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区,并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助,2024–2028年获中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队项目资助。
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