拟南芥中一个核质转运受体基因AtKPNB1 的鉴定及功能研究

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核质转运系统在调控基因表达和植物对环境应答的过程中起着非常重要的作用,但是参与该过程调控的作用因子及其具体机理仍然不清楚。本研究在拟南芥中鉴定了一个编码人类核质转运受体蛋白KPNBl(importinβ1)的同源基因,将其命名为AtKPNB1。AtKPNB1基因在许多组织中广泛表达,其转录水平不受ABA影响。AtKPNB1蛋白定位在细胞质和细胞核,其定位也不因ABA和NaC1处理而发生改变。与野生型相比,功能缺失突变体atkpnb1在萌发和转绿期对ABA、NaCl、甘露醇和蔗糖等表现出超敏表型。干旱条件下,突变体的气孔关闭对ABA的响应更敏感、失水率降低、抗旱性也明显增强。此外,突变体在正常生长条件下的发育较野生型迟缓。  采用Y2H和BiFC方法,证明了AtKPNBl和人类中的同源蛋白一样,与核质转运系统中许多蛋白质之间有相互作用。例如,AtKPNB1至少与4个importinα(AtIMPA1、AtIMPA2、AtIMPA4和AtIMPA6)结合,与核孔蛋白AtNUP62、RanGTP酶蛋白(Ranl、Ran2和Ran3)也有直接相互作用。利用原生质体亚细胞定位实验证明AtKPNB1缺失会影响NLS-GFP的进核。  此外,原生质体亚细胞定位实验结果表明,在突变体atkpnb1中ABA信号转导途径中的负调控因子PP2C磷酸酶家族蛋白ABI1和ABI2的定位没有变化,并且遗传分析显示纯合双突变体atkpnb1/abil-2在萌发和转绿期对ABA的响应比两个ABA超敏单突atkpnb1和abil-2更敏感。这些结果说明AtKPNB1通过不依赖于ABI1和ABI2的途径调控植物对ABA和逆境的响应。非常重要的是,我们发现同属PP2C磷酸酶家族的另一个负调控因子AHG1在突变体atkpnb1中不能正常入核,而且AHG1与AtKPNB1蛋白在细胞核中直接相互作用。而AHG1与importinα家族的AtIMPA1、AtIMPA2、AtIMPA3、AtIMPA4、AtIMPA6和AtIMPA9则没有相互作用。由于AHG1不含经典NLS序列,因此,AtKPNB1可能是作为转运受体直接将AHG1转运入核,而不通过接头蛋白importinα。  综上所述,本研究综合了各种方法,证明了AtKPNB1是拟南芥中的一个核质转运受体蛋白,参与核蛋白转运过程;发现AtKPNB1不仅对植物发育有影响,还在植物响应ABA及渗透胁迫过程中发挥重要作用;最后鉴定到ABA信号转导途径中的一个重要因子AHG1是AtKPNBl的一个直接底物,表明AtKPNB1可能通过调控AHG1的核定位来调节植物对ABA和干旱的反应。这些发现为了解拟南芥中核质转运系统的调控机制,尤其解析植物发育和逆境适应的分子机制提供了新思路。
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