Cell子刊|沈阳农大学者揭示番茄低温条件下叶绿体蛋白稳定性的调控机制

文摘   科学   2024-10-15 06:30   法国  


前言

低夜温(LNT)下非光化学猝灭(NPQ)在安全地在低温条件下进行光合作用中起着基础性作用。


PsbS蛋白对于快速诱导NPQ至关重要,其稳定性通常受不良环境条件的影响。然而,PsbS或叶绿体蛋白稳定性的调节机制尚待充分阐明。

番茄(Solanum lycopersicum L.)广泛栽培于世界各地作为园艺作物,特别在中国北方的冬春季温室蔬菜种植中,对低夜温(LNT)的应激极为敏感,导致番茄产量和品质严重降低。在这项研究中,Lu et al 发现LNT胁迫抑制了NPQ的增加,并导致了西红柿叶片中SlPsbS的降解。SlCSN5A直接与细胞质中的SlPsbS相互作用,并介导了SlPsbS的泛素化和降解。SlCV参与了SlPsbS从叶绿体的转位,促进了SlCSN5A与底物(SlPsbS)之间的接触。有趣的是,发现SlCV也与SlCSN5A发生物理相互作用,被泛素化和降解。此外,SlCSN5-RNAi和Slcv突变植株对LNT表现出更高的耐受性,而SlCV过表达促进了西红柿叶片中SlPsbS蛋白的降解。总体而言,Lu et al 的研究证明了SlCSN5A和SlCV在调控应激条件下叶绿体蛋白稳定性中起着关键作用,从而揭示了增强植物耐寒性的一个潜在新途径。


Lu et al 发现LNT降低了番茄叶片中的NPQ水平和SlPsbS蛋白含量。

Silencing of SlPsbS increases tomato plant sensitivity to LNT stress



COP9信号体亚基5A(SlCSN5A)促进了SlPsbS在细胞质中的泛素化和降解。

LNT increased ubiquitination levels of SlPsbS


SlCSN5A interacts with SlPsbS and mediates its degradation

SlCSN5A regulates SlPsbS ubiquitination levels and affects NPQ under LNT stress

此外,LNT激活了番茄叶绿体囊泡化(SlCV)。在LNT条件下,SlCV定位到叶绿体并诱导了包含SlPsbS的囊泡的形成,这些囊泡从叶绿体中排出。随后,SlCV和SlPsbS与细胞质中的SlCSN5A接触,并被泛素化和降解。

SlCV promotes interaction between SlPsbS and SlCSN5A


遗传学证据表明,SlCV的过表达加剧了SlPsbS蛋白的降解,而SlCSN5和SlCV的沉默延缓了LNT诱导的NPQ减少和SlPsbS蛋白的降解。

SlCV inhibits NPQ production and promotes PsbS degradation in tomato leaves under LNT stress

该研究提供了CSN5A与叶绿体蛋白相关的证据,并揭示了一种由CV和CSN5A共同介导的叶绿体蛋白的泛素依赖降解途径,从而为在应激条件下调节叶绿体蛋白稳定性提供了新的见解。

SlCSN5A is required for SlCV-mediated SlPsbS degradation and sensitivity to LNT stress



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