2014年1月17日,The Plant Cell 杂志发表了来自山东大学生命科学学院夏光敏教授课题组题为“A Wheat SIMILAR TO RCD-ONE Gene Enhances Seedling Growth and Abiotic Stress Resistance by Modulating Redox Homeostasis and Maintaining Genomic Integrity ”的研究论文,该研究结合正向遗传学和反向遗传学手段,鉴定了山融3号耐盐主效候选基因TaSRO1。TaSRO1编码一个多聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶(PARP),该酶在识别DNA损伤以及DNA损伤修复中起重要作用。山融3号中该基因发生了等位变异,使PARP酶活性明显提高。TaSRO1通过调控氧化还原稳态和提高基因组损伤修复能力促进生长发育、增强耐盐能力。
该研究确定了一种 Ta-SRO1 蛋白型(Ta-sro1),该蛋白表现出升高的 PARP 活性,并使小麦品种山融3号(SR3)更能耐受氧化和高盐胁迫。Ta-sro1 在三个单核苷酸多态性上与其亲本基因不同,其中两个改变了氨基酸序列。基于蛋白质同源性建模,预测了多态性 Ala/Thr343 映射到 Ta-SRO1 NAD+ 结合位点并可能改变其 PARP 活性。
图. Ta-sro1 在体外和体内具有PARP酶酶活性
然而,在2022年8月18日,The Plant Cell 杂志发表了来自德国莱布尼茨植物生物化学研究所(Leibniz Institute of Plant Biochemistry)Lennart Wirthmueller课题组题为“The superior salinity tolerance of bread wheat cultivar Shanrong No. 3 is unlikely to be caused by elevated Ta-sro1 poly-(ADP-ribose) polymerase activity”的研究论文,该研究以2.1 Å 分辨率对 Ta-sro1 进行结构分析,并结合体外和体内生化功能分析,提供有力证据表明 Ta-sro1 不太可能具有 PARP 活性,表明了面包小麦山融3号品种的高耐盐性不太可能是由Tasro1多聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶(PARP)酶活性升高引起的。
为了了解 Ta-sro1 的非经典 PARP 活性的结构基础,该研究在大肠杆菌中表达了硒甲硫氨酸标记、His*6 标记的 Ta-sro1 PARP 结构域,并获得分辨率为 2.1 Å的结构。结果显示Ta-sro1 的假定活性位点在几个关键特征上与经典 PARP 不同。此外,该研究进一步表明Ta-sro1 中多态性氨基酸的侧链不直接影响推测的 NAD+ 结合位点。最终,该研究表明Ta-sro1 对典型的 ADP-核糖基化无催化活性,并且表明Ta-sro1 在本氏烟草中表达时,即使在相对高浓度的 NAD+ 和存在催化活性可能需要的其他植物辅助因子的情况下,Ta-sro1 也不表现出单或多 ADP-核糖基转移酶活性。
综上所述,该研究认为对 Ta-sro1 PARP 活性需要重新评估,先前报道的催化活性在他们的条件下和适当的控制下无法重现。因此,小麦品种 SR3 对高盐和氧化应激条件的耐受性升高不能用 Ta-sro1 蛋白型的 PARP 活性改变来解释,需要考虑其他可能的机制。
论文链接:
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac261/6671231
https://academic.oup.com/plcell/article/26/1/164/6102305?login=true
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