ABI5與RUP:相愛相殺的伙伴?

更新於 發佈於 閱讀時間約 6 分鐘

雖然光對植物很重要,且植物的光受器研究已有超過百年的歷史,但是在所有的植物光受器(photoreceptor)中,短波紫外光受器卻是最晚被發現的--2002年,才從我們可愛的小芥(阿拉伯芥,Arabidopsis thaliana)中找到UVR8。


這麼晚才找到短波紫外光受器,應該是因為短波紫外光(UV-B,波長介於280-315 nm)很容易讓生物灼傷,所以在操作上大不易。事實上,缺少UVR8的植物,對UV-B呈現高敏感性。


有趣的是,其他的光受器,如光敏素(phytochrome)、隱花色素(cryptochrome)、向光素(phototropin)都具有色素分子,但UVR8卻沒有。不過,儘管UVR8沒有色素分子,但是UVR8本身還是一個蛋白質激酶(protein kinase),在受到UV-B照射活化時,會進行磷酸化。


我們現在知道,在UVR8活化後,會造成兩個稱為RUP1與RUP2的蛋白質活化,然後這兩個蛋白質會轉而去促進UVR8回復到不具有活性的「二聚體」(dimer)。


有意思的是,RUP們除了能抑制UVR8,還能跟一個泛素連接酶複合體結合來促進 HY5 的分解。RUP們是一個所謂的「DWD (DDB1-binding WD40)蛋白」,過去也有其他 DWD 蛋白被發現能調控植物對離層酸(ABA)的敏感性。


再加上,ABI5這個與ABA相關的轉錄因子,也有研究團隊發現與一些光信息傳導分子有互動;所以研究團隊就覺得好奇,會不會RUP們與ABI5也有互動呢?


於是,研究團隊就使用酵母雙雜交系統進行測試。結果發現, RUP1 能與 ABI5 進行互動;後續的免疫共沉澱實驗,也證實 RUP2 可以跟 ABI5 結合。這些互動意味著, RUP 們可能有參與 ABA 的訊息傳導路徑。


於是,他們決定測試 rup1rup2rup1rup2雙突變株在 ABA 存在下的性狀。

測試的結果發現,突變株對 ABA 更敏感!以1 μM ABA 處理時,野生種發芽率約70%、單突變株掉到剩下30%,而雙突變株只剩下約20%。這個結果告訴研究團隊,RUP 們的確有直接參與 ABA 反應。


接著,研究團隊測試雙突變株中ABI5的泛素化程度。結果發現,缺少RUP們的雙突變株,它的ABI5的泛素化程度明顯降低。也就是說,RUP們的確與ABI5的泛素化有關。


但是,泛素化的ABI5,接下來何去何從呢?是不是如預想的,被送到26S蛋白酶體(26S proteosome)去分解了?為了解答這個問題,研究團隊用了蛋白酶體抑制劑 MG132來處理植物,結果發現MG132可以阻止ABI5的分解。但是,當他們使用CHX阻止新的蛋白質合成時,在沒有MG132的狀況下,ABI5很快就會被分解掉,不過這個現象在沒有RUP們的植物中就看不到。


另外,當研究團隊高度表現RUP2時,他們發現這時候 ABI5 的量降低,且ABI5 的分解速率加快;但是只要以 MG132 處理,ABI5的分解速率就變慢了。


所以,研究團隊發現與UV-B信息相關的RUP們,可以與負責調節ABA反應的ABI5互動;RUP們會將ABI5泛素化,造成ABI5被26S蛋白酶體分解,


那麼,ABI5與RUP們的關係是否就是這樣呢?


並沒有那麼簡單喔!研究團隊發現,在 abi5的突變株中,RUP1/RUP2 的表現量上升了,這意味著,不僅RUP們會去抑制ABI5ABI5RUP1/RUP2 好像也有抑制作用呢!進一步的分析發現,在 abi5突變株中,HY5 與 RUP 啟動子的結合增加;而在 ABI5 高度表現株中,HY5 與啟動子的結合減少。這意味著ABI5能影響HY5與RUP們的啟動子們的結合。


測試之後發現,只要有HY5 就可以活化 RUP 啟動子,讓RUP們的表現量上升;而ABI5 的存在,可以讓 HY5 無法活化RUP們的轉錄。


也就是說,RUP們負責分解ABI5蛋白質,而ABI5蛋白質則透過不讓HY5去提升RUP們的轉錄,讓RUP們無法增加。我怎麼覺得很像美國跟中國的貿易戰,兩邊都很努力的不讓對方好過呢...(誤)。


總而言之,透過研究ABI5與RUP們,研究團隊發現RUP們不只可以抑制植物對紫外光的反應,還能抑制植物對ABA的反應。這告訴我們,雖然我們在學習這些生物的信息傳導時,為了方便總是會把它們畫成一條一條的路徑,但其實這些路徑之間都有千絲萬縷的關係,所以與其說它們是「條條大路」,不如說它們是一張大網!


參考文獻:


Singh, D., Mitra, O., Mahapatra, K., Raghuvanshi, A. S., Kulkarni, R., & Datta, S. (2024). REPRESSOR OF UV-B PHOTOMORPHOGENESIS proteins target ABSCISIC ACID INSENSITIVE 5 for degradation to promote early plant development. Plant Physiology, 196(4), 2490-2503. https://doi.org/10.1093/plphys/kiae459


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❦ 莊小昕-avatar-img
2024/12/06
謝謝老師分享!而且說不定還路中有路、網中有網!
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主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:susanyeh816@gmail.com
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