CARK磷酸化ABA受体PYL/PYR/RCAR的调控网络

Recently, the finding of ABA receptors reveals the relationship among the key components in ABA signaling pathway. The analysis of the regulatory network of ABA receptors in ABA signaling is very important to understand the molecular action of ABA signaling pathway and molecular mechanism of plant stress resistance. The pre-project work in my laboratory identified an Arabidopsis receptor-like cytoplasmic kinase (RLCK) which interacted with ABA receptors (RCAR3 and RCAR11). Hence, we named it as cytosolic ABA receptor kinase 1 (CARK1). CARK family and RCAR family have 11 and 14 members in Arabidopsis, respectively. In this project, we want to identify the interaction between two families, to analyze the phosphorylation of ABA receptors and the function of phosphorylated ABA receptors, to generate the multiple mutants of CARKs, to express the CARK in the multiple cark mutants and to analyze the phenotype of mutants and transgenic plants. Through the study, we want to reveal the relationship between CARK family and RCAR family and understand the regulatory network of phosphorylation of ABA receptors as well as this effect on ABA signal transduction.

近年来，由于ABA受体的发现，揭示了ABA信号通路核心元件组成成员之间的关系。加深对ABA信号通路中关键信号元件ABA受体调控网络的研究，对揭示ABA信号转导的分子机制以及植物抗逆的分子机理都具有重要意义。本实验室前期的研究中，发现一个类受体细胞质蛋白质激酶（RLCK），与ABA受体RCAR3和RCAR11存在相互作用。因此，我们将其命名为CARK1。由于CARK和RCAR家族在拟南芥中分别具有11个和14个成员，本项目拟通过对两个家族相互作用的鉴定、ABA受体的磷酸化以及受体磷酸化后的功能分析、构建CARKs的多重突变体以及在突变体中过表达CARK并分析突变体和转基因植物的表型，明确CARK家族11个成员与RCAR家族14个成员之间的关系。通过对CARK家族和RCAR家族的关系进行深入研究，揭示ABA受体的磷酸化调控过程、调控网络及其对ABA信号传递的影响。

植物激素脱落酸（ABA）在植物的生长发育以及逆境胁迫应答过程中具有重要的作用。ABA主要通过其受体RCARs/PYR1/PYLs来行使功能和作用，但是ABA受体在最初的翻译后水平是否通过修饰和如何来调控ABA信号的传递还不清楚。在本项目中，我们鉴定并描述了一个拟南芥未知的类受体细胞质激酶（RLCK），由于它能够磷酸化ABA受体RCAR3(PYL8)和RCAR11(PYR1)，因而将其命名为CARK1。CARK1的晶体结构分析N204位氨基酸是其激酶活性中心并介导与RCAR3/RCAR11的相互作用。激酶实验证实CARK1分别磷酸化RCAR3/RCAR11的一个保守苏氨酸T77/T78。遗传学分析证明CARK1正调控ABA介导的植物生理应答，提高了植物对干旱的耐受能力。同时，RCAR11的强制磷酸化形态基因在cark1突变体中表达则能够功能性的提高植物对ABA敏感性。CARK1能够正调控ABA应答基因的表达以及提高RCAR3/RCAR11抑制PP2C磷酸酯酶活性。研究还证实CARK1能够磷酸化ABA受体第三亚家族基因RCAR12/13/14。进一步的分析揭示RCAR11的T78位氨基酸的磷酸化能够增加ABA受体四重突变体（1124）植物对ABA的敏感性。此外，将CARK1表达到ABA受体四重突变体1124中，发现能够提高ABA应答基因RAB18, RD29A和RD29B的表达并提高植物对ABA的敏感性。因此，本项目的研究揭示了CARK1作为正调控因子、通过磷酸化ABA受体从而抑制PP2C磷酸酯酶活性来参与ABA信号的调控。而RCAR11的T78位氨基酸的磷酸化是植物介导ABA应答的关键位点。此外，我们还证明CARK家族11个成员中CARK2、CARK3、CARK4、CARK5、CARK6、CARK7和CARK11均与ABA受体互作并参与ABA信号的传递，表明CARK激酶家族在ABA受体的磷酸化修饰以及调控ABA信号的传递中具有重要作用。在本项目的支持下，发表标注论文18篇，其中SCI论文15篇，培养4名博士研究生和6名硕士研究生。