杜伦大学等联合揭示铜结合肽POLARIS调控植物乙烯信号传导新机制

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关键词：

来源：

Plant Communications

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/373311d5-acdd-4978-80dc-d40c9fe4c559

来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.tplants.2025.05.008

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-06-25

摘要：

2025年6月25日，Plant Communications发表了英国杜伦大学Nigel J. Robinson和德国杜塞尔多夫大学Keith Lindsey课题组题为“POLARIS is a copper-binding peptide that interacts with ETR1 to negatively regulate ethylene signaling in Arabidopsis”的研究论文。该研究揭示了拟南芥中POLARIS（PLS）的铜结合肽如何通过调控乙烯受体ETR1的功能，影响植物的乙烯信号传导，为理解植物激素信号网络的复杂调控提供了新视角。乙烯是植物中一种重要的气体激素，广泛参与植物的生长发育、果实成熟、衰老以及逆境响应等过程。乙烯信号通路的调控机制一直是植物生物学研究的核心问题之一。乙烯受体（如拟南芥中的ETR1）位于内质网（ER）上，其活性依赖于铜离子（Cu(I)）的辅助，铜离子不仅参与乙烯的结合，还可能影响受体的构象和信号转导。然而，铜离子如何被精准递送至乙烯受体以及受体活性如何受到动态调控仍不清楚。转录组分析显示，pls突变体中乙烯响应基因（如ERF11、ERF19等）显著上调，而PLS过表达则使这些基因恢复至野生型水平。因此，PLS肽为乙烯调控幼苗生长所必需。接着，研究团队通过合成不同长度的PLS肽段，发现全长PLS（36个氨基酸）及其N端22个氨基酸片段（N1）能够有效挽救拟南芥pls突变体的短根表型。此外，与拟南芥亲缘关系较近的植物Camelina sativa的PLS肽（仅22个氨基酸）同样具有功能，表明其结构保守性。然而，缺失两个半胱氨酸（C6和C17）的突变肽或仅含单个半胱氨酸的截短肽（如N2、C1、C2）均无法恢复突变体表型，暗示这两个半胱氨酸是PLS功能的核心。通过荧光标记技术，研究人员发现PLS-GFP融合蛋白主要定位于内质网（ER），与ER标记物ER-Tracker和RFP-HDEL共定位。进一步实验表明，PLS位于ER的胞质侧，且与乙烯受体ETR1的跨膜结构域（TMD）直接结合。这种结合在铜离子存在时增强3倍，而铜螯合剂EDTA或竞争性添加合成PLS肽会显著抑制互作，证实了铜依赖的PLS-ETR1相互作用。通过光谱分析，团队发现PLS以2:1的化学计量比结合Cu(I)，形成稳定的Cu(I):PLS2复合物，其结合亲和力高达3.79×1019 M-2。突变实验显示，C6和C17的替换完全破坏了PLS的铜结合能力。此外，PLS的铜结合亲和力远高于已知的铜伴侣蛋白ATX1，表明PLS不太可能作为细胞质中的铜伴侣，而是通过铜依赖的方式调控ETR1的活性。综上所述，研究团队提出了PLS调控乙烯信号的模型。在高生长素组织中，PLS表达上调并与ETR1结合，通过铜依赖的相互作用稳定ETR1的活性构象，从而抑制乙烯信号并促进组织生长；而在高乙烯环境中，PLS表达被抑制，ETR1活性降低，乙烯信号增强。这一机制为植物协调生长与胁迫响应提供了精细调控的分子基础。