蛋白磷酸酶CRPPs调控植物感受和应答低温信号的分子机制

Cold stress adversely affects plant growth and development. Although some progress has been made on cold transduction signaling pathway, how plants sense cold signal remains unclear. Based on the important roles of phosphatase-protein kinase cascade in perception and transduction of signals in plant, we screened the mutants of phosphatases, and identified crpp1 and crpp2. The loss-of-function mutants showed enhanced freezing tolerance. In this study, first we will characterize the biological function of CRPP1 and CRPP2 using genetic, biochemical, cellular and molecular approaches. Second, we will dissect the biological significance of the interaction of between CRPPs and OST1 protein kinase, and elucidate the mechanism of OST1 activation by cold stress. Finally, we will identify novel interacting-protein kinases of CRPP1, especially LRR-RLKs, which mediate plant freezing tolerance. This study will shed more light on the understanding of plant perception and response to cold stress, and provide genetic resource for the breeding of cold-tolerant crops.

低温胁迫是限制植物生长的关键因子。目前，关于低温信号转导及相关调控因子的研究取得了一些进展。但是，植物如何感受低温信号并不清楚。磷酸酶-蛋白激酶级联系统通常在植物感受信号中发挥重要作用，我们前期筛选到两个编码蛋白磷酸酶基因的抗冻突变体crpp1/2。本研究中，我们将采用细胞生物学、遗传学和生物化学等方法系统研究CRPP在植物响应低温胁迫中的作用；深入探讨CRPP与低温信号中关键蛋白激酶OST1互作的生物学意义，揭示OST1低温激活的分子机制；进一步寻找与CRPP1互作的类受体蛋白激酶，为植物是如何感受低温提供直接的分子证据。本研究将有助于揭示植物感知和应答低温的分子奥秘，同时为分子育种提供重要的遗传资源。

作为外界环境胁迫，低温限制植物的生长发育和作物的产量品质，研究植物感受和应答低温胁迫的分子机制，对于培育耐低温作物新品种具有重要意义。我们前期研究发现OST1蛋白激酶在调控 CBF/DREB1-COR低温信号通路中发挥重要作用。在本项目的资助下，我们围绕OST1开展研究，并取得了如下重要研究成果：（1）发现了两个参与调控低温激活的OST1的蛋白磷酸酶—EGR2和PP2CG1，揭示了低温激活OST1的分子机制。（2）全面系统阐释了OST1激酶调控植物低温应答的分子调控网络。（3）阐明蛋白激酶MPK3/6和BIN2消减低温信号的分子机制。共发表标注该项目SCI论文10篇，包括Dev Cell 3篇、EMBO J 2篇、JIPB 2篇、Plant Cell、Trends Plant Sci和New Phytol 各1篇。系列论文发表后，在本领域产生了重要的国际学术影响。其中MPK-ICE1文章在Dev Cell发表后，被Dev Cell、Trends Plant Sci和《植物学报》发表专评，F1000推荐；OST1-PUB25和EGR2论文在Dev Cell和EMBO J发表后，分别被F1000推荐。鉴于在本领域的成绩，项目负责人受邀为Mol Plant、Trends Plant Sci、New Phytol、JIPB等国际期刊撰写植物耐低温方面的综述，并多次被邀请在国内外重要学术会议做大会报告。目前标注论文已被引用1100余次，其中四篇论文（Shi et al., 2018; Liu et al., 2018; Ye et al., 2019; Ding et al., 2019）在ESI显示为高被引论文。相关研究成果有助于揭示植物感知和应答低温的分子奥秘，同时为分子育种提供重要的遗传资源。