類固醇可以像刺激人類運(yùn)動(dòng)員那樣刺激植物生長，但是其通過調(diào)控基因來促進(jìn)植物細(xì)胞生長發(fā)育的分子信號傳導(dǎo)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比人類和動(dòng)物細(xì)胞中的復(fù)雜,?？▋?nèi)基研究院的植物生物學(xué)家的一項(xiàng)新研究利用了一種新興的分子方法——稱為蛋白質(zhì)組學(xué)——發(fā)現(xiàn)了這種類固醇信號傳導(dǎo)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。理解這些植物激素如何激活基因,，不僅可能提高產(chǎn)量，而且還可能帶來關(guān)于類固醇如何調(diào)控植物和動(dòng)物細(xì)胞生長的新見解。
這項(xiàng)由卡內(nèi)基研究院植物生物學(xué)部的Zhi-Yong Wang (王志勇),、Wenqiang Tang (湯文強(qiáng))以及7位共同作者進(jìn)行的研究發(fā)表在7月25日出版的《科學(xué)》（Science）雜志上。
被稱為油菜素內(nèi)酯的植物類固醇是植物界普遍存在的重要激素,。它們調(diào)控生長和發(fā)育的許多方面,，而缺乏油菜素內(nèi)酯的突變種常常極端矮小和不育。油菜素內(nèi)酯在很多方面都和動(dòng)物類固醇相似,，但是在細(xì)胞水平上的運(yùn)作方式顯然非常不同,。動(dòng)物細(xì)胞利用細(xì)胞核內(nèi)的內(nèi)部受體分子對類固醇做出響應(yīng)，而在植物中,，受體被固定在了細(xì)胞膜的外表面,，而調(diào)控的目標(biāo)是細(xì)胞核中的基因?？茖W(xué)家面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是如何弄清這些激素信號從細(xì)胞表面受體傳遞到細(xì)胞核中發(fā)揮作用的每個(gè)步驟,。過去的研究中，科學(xué)家們使用傳統(tǒng)的遺傳學(xué)方法發(fā)現(xiàn)了油菜素內(nèi)酯信號傳導(dǎo)路徑的幾個(gè)組成部分,。然而,， 由于遺傳冗余性(多個(gè)基因在細(xì)胞中扮演相同的角色)等因素的限制，遺傳學(xué)方法無法發(fā)現(xiàn)一個(gè)信號傳導(dǎo)路徑的所有組成部分。
為了發(fā)現(xiàn)這條信號傳導(dǎo)鏈的各環(huán)節(jié),，這組科學(xué)家使用了蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),。“蛋白質(zhì)組學(xué)類似于基因組學(xué)，”Wang說,。“在基因組學(xué)中,，我們的目標(biāo)是全面調(diào)查基因組中的所有基因。在蛋白質(zhì)組學(xué)中,，我們測繪蛋白質(zhì),。”由于僅僅在一個(gè)生物體中就可能有成千上萬種不同的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)組學(xué)需要使用諸如雙向凝膠電泳等技術(shù),。雙向凝膠電泳可以根據(jù)蛋白質(zhì)大小和電荷的差異而一次分離和處理數(shù)千種蛋白質(zhì),。
但是即便使用了這些方法，分離低豐度的信號傳導(dǎo)蛋白質(zhì)仍然是一個(gè)令人生畏的任務(wù),。“此前試圖發(fā)現(xiàn)這些分子的嘗試失敗了,，因?yàn)檫@些蛋白被豐度更高的蛋白質(zhì)淹沒了。”Wang說,。“但是由于我們知道這些蛋白會與細(xì)胞膜結(jié)合,，我們設(shè)法把細(xì)胞膜和細(xì)胞的其它部分分開，然后只分析細(xì)胞膜部分,。而這種方法成功了,。”
這項(xiàng)研究把目標(biāo)對準(zhǔn)了一類稱為激酶的蛋白質(zhì)，它們通過用磷酸基團(tuán)修飾其他蛋白來傳遞信號,。電泳分析發(fā)現(xiàn)了一組對油菜素內(nèi)酯的存在做出響應(yīng)的激酶,。該組科學(xué)家將這些蛋白質(zhì)命名為BSKs（油菜素內(nèi)酯信號傳導(dǎo)激酶）。進(jìn)一步的分析證實(shí)了它們在油菜素內(nèi)酯信號傳導(dǎo)過程中的關(guān)鍵功能,。
“BSKs是首次用定量蛋白質(zhì)組學(xué)方法在植物中發(fā)現(xiàn)的信號傳導(dǎo)主要組成部分,。”Wang說。“發(fā)現(xiàn)這些蛋白質(zhì)填補(bǔ)了油菜素內(nèi)酯信號傳導(dǎo)路徑的一個(gè)大空白,，而且可能對于我們理解植物的其他信號傳導(dǎo)過程也有重大意義,。植物基因組編碼數(shù)百種細(xì)胞表面的受體，但是缺失的重要環(huán)節(jié)是它們怎樣與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)級聯(lián)之間相聯(lián)系,。植物細(xì)胞也含有相當(dāng)數(shù)量的與BSKs類似的蛋白質(zhì),，因此這使人們推測它們就是那些缺失的環(huán)節(jié)。”Wang的發(fā)現(xiàn)不僅幫助確立了植物類固醇信號傳導(dǎo)路徑的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，而且還可能為植物激酶信號傳導(dǎo)以及一般的細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的類固醇信號傳導(dǎo)提供一個(gè)新的范式,。更重要的是，Wang的研究成功展示的這種蛋白質(zhì)組學(xué)方法將對其他信號傳導(dǎo)路徑的研究產(chǎn)生重大影響,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Science,，Vol. 321. no. 5888, pp. 557 - 560,，Wenqiang Tang，Zhi-Yong Wang
BSKs Mediate Signal Transduction from the Receptor Kinase BRI1 in Arabidopsis
Wenqiang Tang,1 Tae-Wuk Kim,1 Juan A. Oses-Prieto,2 Yu Sun,1 Zhiping Deng,1 Shengwei Zhu,1,3 Ruiju Wang,1,4 Alma L. Burlingame,2 Zhi-Yong Wang1*
Brassinosteroids (BRs) bind to the extracellular domain of the receptor kinase BRI1 to activate a signal transduction cascade that regulates nuclear gene expression and plant development. Many components of the BR signaling pathway have been identified and studied in detail. However, the substrate of BRI1 kinase that transduces the signal to downstream components remains unknown. Proteomic studies of plasma membrane proteins lead to the identification of three homologous BR-signaling kinases (BSK1, BSK2, and BSK3). The BSKs are phosphorylated by BRI1 in vitro and interact with BRI1 in vivo. Genetic and transgenic studies demonstrate that the BSKs represent a small family of kinases that activate BR signaling downstream of BRI1. These results demonstrate that BSKs are the substrates of BRI1 kinase that activate downstream BR signal transduction.
1 Department of Plant Biology, Carnegie Institution of Washington, Stanford, CA 94305, USA.
2 Department of Pharmaceutical Chemistry, University of California, San Francisco, CA 94143, USA.
3 Key Laboratory of Photosynthesis and Environmental Molecular Biology, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China.
4 Institute for Molecular Biology, College of Life Science, Nankai University, Tianjin 300071, China.
