日本語AIでPubMedを検索
プロテオームとタンパク質のリン酸化の変化は、ポプラ植物のカドミウム毒性を緩和するための外因性窒素の保護的役割を明らかにした
Changes in Proteome and Protein Phosphorylation Reveal the Protective Roles of Exogenous Nitrogen in Alleviating Cadmium Toxicity in Poplar Plants.
PMID: 31906144 PMCID: PMC6982014. DOI: 10.3390/ijms21010278.
抄録
カドミウムで汚染された土壌のファイトレメディエーションは世界的に注目されている。しかし、カドミウム汚染土壌の植物による浄化効率をどのように向上させるかについては、未だ不明な点が多い。これまでの研究では、窒素（N）がポプラ植物におけるカドミウムの取り込みと蓄積を有意に促進することが示されている。本研究では、カドミウムストレスに対する植物の応答における窒素の重要な役割を探るために、カドミウムストレスとカドミウム＋窒素処理の間のポプラのプロテオームとリン酸化プロテオームの違いを調べた。合計で6573個のタンパク質が同定され、そのうち5838個が定量された。その結果、カドミウムストレス群では、対照群と比較して、それぞれ375個、108個のタンパク質がアップレギュレーションされ、ダウンレギュレーションされていた。また、カドミウムストレス群と比較して、カドミウム+N処理では、それぞれ42個及び89個のタンパク質がアップレギュレートされ、ダウンレギュレートされた。さらに、Cd+N処理により、CK群と比較して、522個のタンパク質がアップレギュレートされ、127個のタンパク質がダウンレギュレートされた。さらに、721個のタンパク質中の1471個のホスホサイトが同定された。1.2倍変化しきい値＞1.2、および-値＜0.05に基づいて、Cdストレスは、Cdストレス単独群と比較して、8個のホスホサイトを含む8個のタンパク質をアップレギュレートし、69個のホスホサイトを含む58個のタンパク質をダウンレギュレートしたのに対し、N + Cd処理は、95個のホスホサイトを含む86個のタンパク質をアップレギュレートし、17個のホスホサイトを含む17個のタンパク質をダウンレギュレートした。N+Cd処理は、コントロールと比較して、74個のリン酸を含む60個のタンパク質の発現を増加させ、42個のリン酸を含む37個のタンパク質の発現を低下させた。外因性窒素の添加により、ストレスタンパク質に対するいくつかの応答、転写および翻訳調節因子が、カドミウムストレス後の外因性窒素の添加によりアップレギュレーションされた。特に、熱ショックタンパク質70(HSP70)、14-3-3-3タンパク質、ペルオキシダーゼ(POD)、ジンクフィンガータンパク質(ZFP)、ABCトランスポータータンパク質、真核生物翻訳開始因子(elF)、スプライシング因子3 Bサブユニット1-like(SF3BI)は、プロテオームレベルとリン酸化プロテオームレベルの両方でCd+N処理により発現が上昇した。これらのプロテオームデータとホスホプロテオームデータを組み合わせることで、外因性窒素がポプラ植物のカドミウム毒性を緩和するメカニズムを分子レベルで説明することができた。本研究の結果は、カドミウム汚染土壌を改善するためのファイトレメディエーション法の確固たる分子基盤を確立するものである。
Phytoremediation soil polluted by cadmium has drawn worldwide attention. However, how to improve the efficiency of plant remediation of cadmium contaminated soil remains unknown. Previous studies showed that nitrogen (N) significantly enhances cadmium uptake and accumulation in poplar plants. In order to explore the important role of nitrogen in plants' responses to cadmium stress, this study investigates the poplar proteome and phosphoproteome difference between Cd stress and Cd + N treatment. In total, 6573 proteins were identified, and 5838 of them were quantified. With a fold-change threshold of > 1.3, and a -value < 0.05, 375 and 108 proteins were up- and down-regulated by Cd stress when compared to the control, respectively. Compared to the Cd stress group, 42 and 89 proteins were up- and down-regulated by Cd + N treatment, respectively. Moreover, 522 and 127 proteins were up- and down-regulated by Cd + N treatment compared to the CK group. In addition, 1471 phosphosites in 721 proteins were identified. Based on a fold-change threshold of > 1.2, and a -value < 0.05, the Cd stress up-regulated eight proteins containing eight phosphosites, and down-regulated 58 proteins containing 69 phosphosites, whereas N + Cd treatment up-regulated 86 proteins containing 95 phosphosites, and down-regulated 17 proteins containing 17 phosphosites, when compared to Cd stress alone. N + Cd treatment up-regulated 60 proteins containing 74 phosphosites and down-regulated 37 proteins containing 42 phosphosites, when compared to the control. Several putative responses to stress proteins, as well as transcriptional and translational regulation factors, were up-regulated by the addition of exogenous nitrogen following Cd stress. Especially, heat shock protein 70 (HSP70), 14-3-3 protein, peroxidase (POD), zinc finger protein (ZFP), ABC transporter protein, eukaryotic translation initiation factor (elF) and splicing factor 3 B subunit 1-like (SF3BI) were up-regulated by Cd + N treatment at both the proteome and the phosphoproteome levels. Combing the proteomic data and phosphoproteomics data, the mechanism by which exogenous nitrogen can alleviate cadmium toxicity in poplar plants was explained at the molecular level. The results of this study will establish the solid molecular foundation of the phytoremediation method to improve cadmium-contaminated soil.