拟南芥膜相关转录因子AtbZIP28感受和调控内质网胁迫应答的分子机制

内质网胁迫应答在植物发育与应答环境胁迫中发挥着重要作用。AtbZIP28和AtbZIP60是模式植物拟南芥内质网胁迫应答中两个非常关键的膜相关转录因子。我们创制了AtbZIP28和AtbZIP60的双突变体zip28zip60，该双突变体对内质网胁迫应答诱导剂衣霉素和氯化钠处理非常敏感。充分利用该遗传材料进行功能互补实验，结合生化与细胞生物学等方法，采用末端删除实验、分裂泛素化双杂交、共免疫沉淀质谱分析等方法寻找和研究与AtbZIP28相互作用的蛋白，探讨AtbZIP28滞留和逃逸内质网的分子机制；采用转录组学和蛋白组学等功能基因组学方法研究AtbZIP28调控高盐胁迫应答的分子机理。本项目的顺利实施可以深化人们对植物内质网胁迫应答特别是由高盐等逆境引起的内质网胁迫应答的信号转导和基因调节的认识，为通过优化内质网蛋白折叠能力和效率来提高植物/作物对高盐和高温等多重逆境抗性和产量等奠定基础。

在真核生物中，所有分泌蛋白和大多数膜蛋白的合成与修饰都是在内质网中完成的，而胁迫导致的未折叠或错误折叠蛋白的积累会引起内质网胁迫。此时细胞会启动未折叠蛋白应答来调节一系列下游基因，或帮助蛋白折叠，或减缓蛋白合成，或及时降解未折叠或错误折叠蛋白来应对胁迫。在拟南芥中bZIP28是一个膜结合转录因子，在内质网胁迫时会从内质网迁移到高尔基体，受S1P、S2P两步酶切后从膜上释放，其活化的N端进入细胞核调控下游基因。然而，bZIP28朝向腔内的C端在这整个过程中所发挥的生物功能却知之甚少。我们通过杂交bZIP28与bZIP60的单突变体获得了双突变体zip28zip60。zip28zip60在正常条件下与野生型表型一致，但在内质网胁迫条件下zip28zip60的生长发育受到严重抑制。而对zip28zip60与野生型受内质网胁迫前后基因表达的微阵列分析显示，内质网胁迫应答下游上调基因在zip28zip60突变体中基本不上调，说明了bZIP28与bZIP60在未折叠蛋白应答中扮演着关键角色，且两者之间存在功能冗余。bZIP28腔内域含有两个保守的S1P酶切位点RVLM373与RRIL573。以zip28zip60为背景，RVLM373与RRIL573两位点突变体的遗传互补实验证明了RRIL573位点而非RVLM373位点对bZIP28在内质网胁迫下的生物功能很重要。蛋白亚细胞定位及免疫印迹的结果表明RRIL573位点的突变使bZIP28在胁迫条件下无法被酶切活化，从而滞留在高尔基体无法进入细胞核。随后以zip28zip60为背景，一系列bZIP28腔内域缺失突变体的遗传互补实验证明了腔内域不同程度的缺失会影响bZIP28在内质网胁迫下正常的生物功能。蛋白亚细胞定位及免疫印迹的结果进一步揭示了bZIP28腔内域某些程度的缺失突变还会使蛋白在正常条件下的亚细胞定位由内质网改为高尔基体，这表明bZIP28腔内域包含着内质网滞留信号，或许具备感知内质网胁迫的能力。通过该项目的资助，我们一系列生物学方法证明了bZIP28腔内域对蛋白的亚细胞定位、酶切活化以及行使正常体内功能至关重要。正常条件下，bZIP28依赖腔内域的内质网滞留信号定位于内质网。胁迫条件下，bZIP28迁移到高尔基体后，又依赖于腔内域的RRIL573位点被酶切活化，进入细胞核调控未折叠蛋白应答下游基因。

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