背靠背！两个团队同时揭示MAPKKK成员YDA，MAPKKK3与MAPKKK5在植物发育与免疫过程功能冗余

火币pro 2022年07月13日 17:26 146 Connor

在植物中，丝裂原活化蛋白激酶级联（MAPK cascade）是将传感器/受体信号转导到细胞内协调细胞反应的关键信号模块。拟南芥MKK4/MKK5-MPK3/MPK6在植物免疫与发育过程都发挥着重要的信号转导作用(Sun and Zhang, 2022; Zhang and Zhang, 2022)。系统进化分析YDA (MAPKKK4)、MAPKKK3与MAPKKK5同属于拟南芥MEKK亚家族中一个独特的分支。已有研究报道, 在植物发育过程中，YDA作为该通路的上游MAPKKK调控胚胎发生、气孔形成、主根发育和花梗伸长等；而在植物免疫过程中，MAPKKK3与MAPKKK5作为该通路模块的上游MAPKKKs参与模式触发免疫（PTI）反应。由此引发猜想：是否不同的MAPKKKs，如YDA和MAPKKK3 / MAPKKK5，可能位于同一个MKK4/MKK5-MPK3/MPK6模块的上游，形成两个独立的MAPK级联反应，分别传递植物生长/发育和免疫信号？

近日， JIPB与 Plant Physiology在线分别发表了密苏里大学生化系张舒群课题组题为 “Overlapping functions of YDA and MAPKKK3/MAPKKK5 upstream of MPK3/MPK6 in plant immunity and growth/development”（在植物生长发育与免疫过程功能冗余。

图1 YDA、MAPKKK3和MAPKKK5在植物配子体传输和胚胎发育过程中功能冗余 (Liu et al., 2022)

张舒群课题组首先利用 yda T-DNA功能完全缺失突变体与周俭民实验室建立的 mapkkk3 mapkkk5 双突杂交，发现 mapkkk3 yda 双突表现出与 yda 单突变体相似的生长发育缺陷，如植株矮小，气孔成簇等，而 mapkkk5 yda 双突变体和 mapkkk3 mapkkk5 yda 三突变体配子体传递过程都出现明显的缺陷，且表现出与 mpk3 mpk6 双突变体相似的胚胎致死表型。这说明MAPKKK3在这些过程作用相对较小，而MAPKKK5和YDA在雄性/雌性配子传递和胚胎发育中起着冗余的作用。为了确定YDA在植物免疫过程中的作用，该课题组同时利用CRISPR-Cas9手段，在 mapkkk3 mapkkk5 双突变体背景中敲除 yda ，但只能获得N端氨基酸缺失的功能减弱型 yda 突变体（ yda-del ）。研究发现，在 mapkkk3 mapkkk5 yda-del 三突变体中，病原相关模式分子（PAMP）触发的MPK3/MPK6激活进一步降低，且三突变体比 mapkkk3 mapkkk5 双突变体更易受病原菌感染，这说明YDA与MAPKKK3/ MAPKKK5在植物免疫信号转导中存在功能冗余。

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图2. YDA、MAPKKK3和MAPKKK5在植物免疫过程中功能冗余 (Wang et al., 2022)

夏亦荠课题组则利用yda弱突变体yda-11，该突变体能完成整个生命周期且具有较弱的yda敲除突变体的表型，通过遗传杂交和CRISPR-cas9介导的对yda-11背景下对MAPKKK3和MAPKKK5基因的编辑，获得了yda-11 mapkkk3 mapkkk5三突变体。在该三突中，气孔聚集度进一步增加，角果和花梗长度相比于yda-11单突变体更短，花序顶端也更紧凑，证明了MAPKKK3和MAPKKK5也参与调控这些发育过程。此外，这三个MAPKKKs也在MKK4/MKK5-MPK3/MPK6的上游起调控花器官脱落的作用；另一方面，在yda-11 mapkkk3 mapkkk5三突变体中，PAMP触发的MAPK激活比在mapkkk3 mapkkk5双突中进一步减弱，菌注射结果也显示该mapkkk三突比yda-11单突和mapkkk3 mapkkk5双突更感病，表明这三个MAPKKKs，YDA、MAPKKK3和MAPKKK5都在PRRs下游参与了MAMP/PAMP触发的MAPK激活和抗病。

图3 YDA、MAPKKK3和MAPKKK5在植物免疫和生长发育过程功能冗余的模式图 (Liu et al., 2022)

两个课题组利用不同方法各自构建了包括yda 弱突变体的yda mapkkk3 mapkkk5三突，并共同验证了MAPKKK家族的三个A2亚支成员YDA、MAPKKK3与MAPKKK5在植物免疫与生长发育过程中都存在功能冗余。在同一个MAPK级联中, 这三个MAPKKKs都是MPK3/MPK6上游的正调控因子。它们很可能在不同的生物学过程中对MPK3/MPK6的激活和下游事件有不同的贡献程度，这取决于它们在特定细胞/组织/器官中的表达水平。已有研究证明，MPK3和MPK6在植物生长发育和免疫过程中是多种受体/传感器的下游。这些受体感知外部信号或内部产生的配体后，通过对上游YDA/MAPKKK3/MAPKKK5以及MKK4/MKK5的激活，导致MPK3/MPK6的磷酸化，进而激活下游事件，最终在植物生长/发育和免疫中做出反应。

两篇论文作者信息：

密苏里大学：刘以东（Yidong Liu）为论文第一作者，张舒群（Shuqun Zhang）教授为通讯作者。相关工作得到 NSF的支持。

香港浸会大学：王益平（Yiping Wang）副研究员和吴莹莹（Yingying Wu）博士为共同第一作者，夏亦荠（Yiji Xia）教授和王益平副研究员为共同通讯作者。相关工作得到Natural Science Foundation of China 和Research Grants Council of Hong Kong的支持。

参考文献：

Sun, T., and Zhang, Y.(2022). MAP kinase cascades in plant development and immune signaling. EMBO Rep. 23：e53817.

Zhang, M., and Zhang, S.(2022). Mitogen-activated protein kinase cascades in plant signaling. J. Integr. Plant Biol. 64：301-341.

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标签：冗余背靠背揭示发育免疫