邓兴旺最新文章 GA信号研究进展

　　

生物通报道，NIBS邓兴旺实验室在The Plant Cell杂志上在线发表题为 “Biochemical Insights on Degradation of Arabidopsis DELLA Proteins Gained From A Cell-free Assay System”的文章。 该研究通过建立体外降解系统, 对GA调控的DELLA蛋白的降解机理进行了深入的生化分析。

 

邓兴旺博士为本文的通讯作者。该文章的第一作者王锋是NIBS和北京师范大学联合培养的博士生，论文的其他作者还包括NIBS朱丹萌博士、黄烯、李爽、巩乙南、以及中科院遗传与发育所的姚清方和傅向东博士, 以及北京大学的范六民博士。该研究由科技部，北京市科委和国家自然科学基金委资助，在北京生命科学研究所完成。

 

据NIBS消息，DELLA蛋白作为GA信号传导途径中的主要负调控因子, 同时也是整合其他植物激素或环境信号的枢纽蛋白来调节植物的生长发育过程。植物体接受GA信号后, 通过泛素-蛋白酶体途径降解DELLA蛋白来解除其对生长的抑制作用。

 

 该文章通过建立DELLA蛋白体外降解体系对其降解机理进行分析。 利用该体外降解系统, 作者验证了GA受体和SCF泛素连接酶复合体在DELLA蛋白降解中的重要作用。并且，发现了泛素分子的第29位赖氨酸可能是介导DELLA蛋白降解中泛素链形成的一个重要位点, 与经典的第48位赖氨酸起功能协同作用。 通过对DELLA蛋白功能结构域的进一步分析，作者还发现其中的LZ结构域对于DELLA蛋白的稳定性调控和生理活性发挥都是必须的。

 

由于泛素-蛋白酶体途径依赖的蛋白降解过程广泛地参与到各类植物激素的信号调控中, 本文利用该体外系统对DELLA蛋白降解的分析也可以为其他通路中重要的蛋白因子降解机理的研究提供新的思路和手段。

 

生物通推荐原文检索

Biochemical Insights on Degradation of Arabidopsis DELLA Proteins Gained From a Cell-Free Assay System

Feng Wang 1, Danmeng Zhu 2, Xi Huang 1, Shuang Li 1, Yinan Gong 1, Qinfang Yao 3, Xiangdong Fu 3, Liu-Min Fan 4, and Xing Wang Deng 2*

1 National Institute of Biological Sciences, Zhongguancun Life Science Park, Beijing 102206, China; College of Life Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

2 National Institute of Biological Sciences, Zhongguancun Life Science Park, Beijing 102206, China; Peking-Yale Joint Center for Plant Molecular Genetics and Agro-Biotechnology, National Laboratory of Protein Engineering and Plant Genetic Engineering, College of Life Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, Yale University, New Haven, Connecticut 06520-8104

3 State Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, People's Republic of China

4 Peking-Yale Joint Center for Plant Molecular Genetics and Agro-Biotechnology, National Laboratory of Protein Engineering and Plant Genetic Engineering, College of Life Sciences, Peking University, Beijing 100871, China

【Abstract】

The phytohormone gibberellic acid (GA) regulates diverse aspects of plant growth and development. GA responses are triggered by the degradation of DELLA proteins, which function as repressors in GA signaling pathways. Recent studies in Arabidopsis thaliana and rice (Oryza sativa) have implied that the degradation of DELLA proteins occurred via the ubiquitin-proteasome system. Here, we developed an Arabidopsis cell-free system to recapitulate DELLA protein degradation in vitro. Using this cell-free system, we documented that Lys-29 of ubiquitin is the major site for ubiquitin chain formation to mediate DELLA protein degradation. We also confirmed the specific roles of GA receptors and multisubunit E3 ligase components in regulating DELLA protein degradation. In addition, blocking DELLA degradation with a PP1/PP2A phosphatase inhibitor in our cell-free assay suggested that degradation of DELLA proteins required protein Ser/Thr dephosphorylation activity. Furthermore, our data revealed that the LZ domain of Arabidopsis DELLA proteins is essential for both their stability and activity. Thus, our in vitro degradation system provides biochemical insights into the regulation of DELLA protein degradation. This in vitro assay system could be widely adapted for dissecting cellular signaling pathways in which regulated proteolysis is a key recurrent theme.

 

邓兴旺 博士

北京生命科学研究所资深研究员

耶鲁大学植物生物学冠名教授

北大-耶鲁植物分子遗传学及农业生物技术联合中心主任

 

研究概述：

本实验室研究领域之一是在植物中从基因组水平探讨DNA甲基化/组蛋白修饰和染色质结构以及基因表达之间存在的关系。我们已经建立了一系列的实验技术平台，包括全基因组表达芯片，高密度寡核苷酸tilling芯片，以及ChIP-chip分析方法，运用这些技术和平台我们已经在水稻及拟南芥中展开了探讨染色质结构和基因表达以及植物发育之间的关系的研究；同时利用这些芯片和相关技术，我们还开展了寻找水稻栽培过程中杂种优势形成的分子及遗传基础的研究，取得了初步的进展；此外，最近我们刚刚开始了对水稻和拟南芥ncRNA（non-coding RNA）全基因组系统分析，运用严格的方法分离水稻不同组织器官在关键发育时期的ncRNA，运用高通量方法进行测序，验证并加以分类，从中挑选了部分正在进行生物学功能的研究。

 

本实验室另外一个研究兴趣是关于光调控的拟南芥幼苗发育过程的分子和生化机制。我们实验室在研究参与光调控的拟南芥发育过程的遗传通路时，找到了12个多效性COP/DET/FUS位点，确定它们介导了光对拟南芥幼苗发育过程的调节。其中，COP1是拟南芥光形态建成的关键的抑制因子，暗中在细胞核内作为E3通过26S蛋白体降解促进光形态建成的转录因子，而在光下COP1活性被抑制且在核内的丰度降低；另外一个基因COP10编码一个类似E2的蛋白；其余的多数基因编码一个高度保守的多亚基蛋白COP9复合体（COP9 signalosome）的不同亚基，COP9复合体是一个新的E3连接酶的调节因子，可以促进NEDD8/RUB1从特定的E3连接酶上解离下来。COP9复合体是细胞对外界刺激或胁迫产生反应的新的调节成分。目前，本实验室正在通过分子遗传和基因组学的方法，进一步深入地研究这类在所有多细胞有机体中保守的细胞调节复合体的功能。