非传统G蛋白及其激活蛋白的晶体结构与水稻应答盐胁迫机制的关系解析

Rice has the ability to respond to salt stress, and an unconventional G protein OsYchF and its activator OsGAP play important roles in rice salt-tolerance. However, it still keeps elusive how these two proteins interact and are involved in rice salt-tolerance. Herein, we focus on the structural and functional features of OsYchF and OsGAP on salt-tolerance of rice using computer analysis, ITC, transgene, enzyme assay, point mutations, yeast two hybrid, co-immunoprecipitation, pull-down, western blot and so on. It will provide an important theoretical basis for both the improvement of agricultural production in the area of high soil salt and decrease of the agricultural damage caused by salt stress in China. Hence, it is significant.

非传统G蛋白OsYchF及其激活蛋白OsGAP在水稻响应盐胁迫过程中扮演重要角色，然而它们是如何相互协同参与水稻应答盐胁迫的机制仍有待深入研究。本研究以水稻为研究材料，以蛋白质结构与机理的关系为切入点，利用计算机分析、等温滴定量热法（ITC）、转基因、酶活分析、点突变、酵母双杂交、免疫共沉淀、Pull-down和Western杂交等技术与方法，系统和深入地剖析“OsYchF及其激活蛋白OsGAP的晶体结构与水稻应答盐胁迫机制的关系”。本研究能为改善我国土壤盐害地区的农业生产和降低盐胁迫带来的农业危害提供一些理论依据，因此具有重要意义。

YchF亚家族成员分布在除古细菌以外的所有物种中，并且拥有高度保守的氨基酸序列。以前的研究表明，水稻OsYchF1及其激活蛋白OsGAP1在植物应对各种环境威胁的过程中起到相反的作用，OsGAP1与OsYchF1的相互作用对于OsGAP1抵御非生物胁迫的功能至关重要。但是，OsYchF1是如何与OsGAP1结合，并且参与到水稻抵抗非生物胁迫的，仍然不是很清楚。在本研究中，我们首先运用酵母双杂交方法和体外pull-down方法证明OsYchF1是通过其TGS结构域和G结构域与OsGAP1相互作用。此外，等温滴定量热法（ITC）测量表明，溶剂焓（ΔH）和熵（-TΔS）的变化都有利于OsYchF1的TGS结构域与OsGAP1的特异性结合，表明OsYchF1 TGS结构域与OsGAP1的结合是由氢键和疏水作用组成，其解离常数在微摩尔范围内。此外，水稻OsYchF1功能丧失的突变体表现出对高盐和水分胁迫的耐受性增强，并且我们还发现OsYchF1的G结构域为OsYchF1响应非生物胁迫所必需的。此外，有趣的是，OsYchF1的TGS结构域可能参与了对OsYchF1负调控功能的限制。