生物通报道：来自北京生命科学研究所，兰州大学生科院等处的研究人员发现了拟南芥体内存在两个与哺乳动物CSA蛋白同源性较高的蛋白CSAat1A和CSAat1B，在植物体内形成CUL4-DDB1CSAat1A and B复合体，对UV造成的DNA损伤修复作出应答。这一研究成果公布在Plant Cell杂志上。

领导这一研究的是北京生命科学研究所的郭岩研究员，其主要的研究兴趣是利用拟南芥突变体研究植物感受环境胁迫信号过程中所发生的遗传和分子特性的变化。目的是为了阐明植物响应环境胁迫的信号路径，并鉴定一些具有潜在功能的能够提高作物适应环境胁迫的关键作用元件。在过去的两年当中，发表了多篇植物学权威刊物Plant Cell文章。

这篇文章通过正向遗传学方法，筛选到一个对UV-B敏感的突变体（csaat1a-3），克隆基因发现CSAat1A编码一个与哺乳动物中Cockayne Syndrome （CSA）同源的蛋白。拟南芥中还存在一个与CSAat1A高度同源的蛋白CSAat1B，完全缺失CSAat1A或CSAat1B的突变体表现出对UV-B和MMS （Methyl Methanesulfonate）敏感的表型。研究发现CSAat1A和CSAat1B通过转录偶联修复（TCR）方式对损伤的DNA进行修复，它们均能与CUL4 (CULLIN4)-DDB1A 在细胞核内形成复合物，CSAat1A和CSAat1B两个蛋白的WDxR motif对复合物的形成起着重要作用。另外，CSAat1A和CSAat1B能在细胞核内形成异源四聚体。该复合物的形成对两个蛋白行使功能至关重要。这些发现揭示CUL4-DDB1CSAat1A and B 代表一类新的通过促进底物的泛素化来应答DNA损伤修复的E3复合物。

郭岩研究组之前曾报道了SCaBP8在体内被SOS2磷酸化在调节植物耐盐性中的作用。调节细胞中的离子平衡对植物的生长发育是至关重要的。研究表明SOS信号途径在调节植物钠钾平衡和耐盐性中起关键作用。钙结合蛋白SOS3和SCaBP8通过激活蛋白激酶SOS2保护拟南芥免受外界的盐胁迫。SOS3主要作用在根部，而SCaBP8主要作用在地上部分。由于它们异位表达后并不能相互恢复各自的表型，于是推测它们有着独特的调节机制。

研究人员发现SOS2不能磷酸化SOS3，但却能够磷酸化SCaBP8。该磷酸化反应发生在膜上，并受盐诱导。它稳定了SCaBP8-SOS2的相互作用，并增强质膜钠氢转运蛋白的活性。当SCaBP8蛋白丝氨酸-237突变成丙氨酸时，SOS2不再能磷酸化SCaBP8。这个突变的蛋白也就不能够完全恢复scabp8盐敏感表型。而丝氨酸-237突变成能够模拟磷酸化的天冬氨酸则能够完全恢复scabp8的表型。这些结果表明SCaBP8被SOS2磷酸化是SOS信号途径调节拟南芥耐盐机制的重要一环。

另外研究人员还分离到一个突变体sad2，SAD2编码一个类核运输受体（importin β-like protein），主要功能是负责把胞质中的一些蛋白质运到细胞核中。

植物如何应答UV-B引起了更多的关注。目前为止已知植物应答UV-B主要通过两个分子机制：其一，植物主要通过合成紫外吸收物质，如flavonoids，sinapate esters等。这些物质积累在植物细胞中防止UV-B对植物体内部的伤害。其二，主要是对UV-B引起的植物体损伤进行修复。

研究人员发现，sad2能够抵抗紫外线的伤害主要是由于在sad2体内组成性的积累了较多的flavonoids，sinapate esters，而在修复机制上野生型和突变体没有明显差别。SAD2能够负责把AtMYB4运到细胞核中，AtMYB4是紫外吸收物质sinapate esters合成的负调控因子。他们同时发现AtMYB4自身的mRNA和蛋白之间存在一个负反馈调节环。通过对UV-B具有一定抗性的sad2突变体的研究分析，研究者希望为改善强紫外线对作物造成的危害状况提供一定的理论基础。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Arabidopsis Cockayne Syndrome A-Like Proteins 1A and 1B Form a Complex with CULLIN4 and Damage DNA Binding Protein 1A and Regulate the Response to UV Irradiation[W]
In plants, as in animals, DNA is constantly subject to chemical modification. UV-B irradiation is a major genotoxic agent and has significant effects on plant growth and development. Through forward genetic screening, we identified a UV-B–sensitive mutant (csaat1a-3) in Arabidopsis thaliana, in which expression of CSAat1A, encoding a Cockayne Syndrome A-like protein, is reduced due to insertion of a T-DNA in the promoter region. Arabidopsis lacking CSAat1A or its homolog CSAat1B is more sensitive to UV-B and the genotoxic drug methyl methanesulfonate and exhibits reduced transcription-coupled repair activity. Yeast two-hybrid analysis indicated that both CSAat1A and B interact with DDB1A (UV-Damage DNA Binding Protein1). Coimmunoprecipitation assays demonstrated that CSAat1A and B associate with the CULLIN4 (CUL4)-DDB1A complex in Arabidopsis. A split-yellow fluorescent protein assay showed that this interaction occurs in the nucleus, consistent with the idea that the CUL4-DDB1A-CSA complex functions as a nuclear E3 ubiquitin ligase. CSAat1A and B formed heterotetramers in Arabidopsis. Taken together, our data suggest that the plant CUL4-DDB1ACSAat1A and B complex represents a unique mechanism to promote ubiquitination of substrates in response to DNA damage.

作者简介：

郭岩 博士
北京生命科学研究所研究员
Yan Guo, Ph.D.
Assistant Investigator, NIBS, Beijing, China

Phone：010-80726688-8523
Fax： 010-80726671
E-mail：guoyan@nibs.ac.cn


教育经历

1988
北京农业大学农学系植物育种学专业学士


1999
德国科隆大学遗传学系、德国科隆马普植物育种所植物分子遗传学博士


工作经历


2004-present
中国北京生命科学研究所工作


1999-2003
美国亚利桑那州图森市亚利桑那大学植物科学系朱健康博士实验室做博士后研究


1995-1999
德国科隆马普育种所Richard D.Thompson 博士实验室读博士


1988-1999
中国北京中国科学院遗传所陈受宜教授实验室做研究助理



研究概述：

本实验室的研究兴趣主要是植物如何感受并响应环境胁迫，诸如土壤高浓度盐、碱，及干旱，特别是植物在胁迫条件下体内Ca2+ 信号和pH内平衡的调节。主要研究内容是利用拟南芥突变体研究植物感受环境胁迫信号过程中所发生的遗传和分子特性的变化。目的是为了阐明植物响应环境胁迫的信号路径，并鉴定一些具有潜在功能的能够提高作物适应环境胁迫的关键作用元件。

 

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