Poncirus trifoliataのPtrCDPK10は、PtrAPXのリン酸化を介して活性酸素の蓄積を減少させることで、脱水・干ばつ耐性に機能している

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Plant Sci..2020 Feb;291:110320. S0168-9452(19)31493-1. doi: 10.1016/j.plantsci.2019.110320.Epub 2019-11-09.

Poncirus trifoliataのPtrCDPK10は、PtrAPXのリン酸化を介して活性酸素の蓄積を減少させることで、脱水・干ばつ耐性に機能している

PtrCDPK10 of Poncirus trifoliata functions in dehydration and drought tolerance by reducing ROS accumulation via phosphorylating PtrAPX.

Lin Meng
Qinghua Zhang
Jun Yang
Guosheng Xie
Ji-Hong Liu

PMID: 31928664 DOI: 10.1016/j.plantsci.2019.110320.

抄録

カルシウム依存性プロテインキナーゼ（CDPK）は、植物の生物学的ストレス応答の調節に重要な役割を果たすことが示されている重要なカルシウムシグナル伝達成分である。しかし、ほとんどのCDPKの生理的・制御的役割はまだ十分に理解されていない。本研究では、三葉オレンジ（Poncirus trifoliata (L.) Raf.)由来のPtrCDPK10の脱水・干ばつストレス耐性における機能的特徴を明らかにした。CDPKファミリーのIII型サブグループに分類されるPtrCDPK10は、核と形質膜に局在していた。PtrCDPK10のトランスクリプトレベルは、脱水、塩、ABA処理によって上昇した。また、PtrCDPK10を過剰発現させたトリフォリアートオレンジ植物は、野生型(WT)と比較して脱水耐性が向上したが、VIGS(ウイルス誘導遺伝子サイレンシング)によるPtrCDPK10のノックダウンにより脱水ストレスや干ばつストレスに対する感受性が上昇した。酵母の2ハイブリッドスクリーニングにより、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ（PtrAPX）を含むいくつかのタンパク質がPtrCDPK10と相互作用していることが確認された。PtrCDPK10は、インビトロキナーゼアッセイに基づいてPtrAPXをリン酸化することが示された。PtrCDPK10過剰発現株は、PtrAPX mRNAの発現量とAPX活性が高く、活性酸素の蓄積量はWT株に比べて劇的に少なかったが、PtrCDPK10サイレンスを受けたVIGS株は、PtrAPXの発現量が減少し、活性酸素の蓄積量が増加していた。これらの結果から、PtrCDPK10は、少なくとも部分的にはAPXをリン酸化して活性酸素の恒常性を調節することで、脱水と干ばつ耐性を促進することが明らかになった。

Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) are important calcium signaling components that have been shown to play crucial roles in modulating plant abiotic stress responses. However, the physiological and regulatory roles of most CDPKs are still poorly understood. Here, we report the functional characterization of PtrCDPK10 from trifoliate orange (Poncirus trifoliata (L.) Raf.) in dehydration and drought stress tolerance. PtrCDPK10, categorized in the Type III subgroup of the CDPK family, was localized to the nucleus and plasma membrane. Transcript levels of PtrCDPK10 were up-regulated by dehydration, salt and ABA treatments. Transgenic trifoliate orange plants overexpressing PtrCDPK10 showed enhanced dehydration tolerance compared with the wild type (WT), whereas VIGS (virus-induced gene silencing)-mediated knockdown of PtrCDPK10 resulted in elevated susceptibility to dehydration and drought stresses. Yeast two-hybrid screening identified several proteins that interacted with PtrCDPK10, including an ascorbate peroxidase (PtrAPX). PtrCDPK10 was shown to phosphorylate PtrAPX based on an in vitro kinase assay. PtrCDPK10-overexpressing transgenic lines exhibited higher PtrAPX mRNA abundance and APX activity and accumulated dramatically less ROS in comparison with the WT, while PtrCDPK10-silenced VIGS lines showed decreased PtrAPX expression and increased ROS level. Taken together, these results demonstrate that PtrCDPK10 promotes dehydration and drought tolerance by, at least in part, phosphorylating APX to modulate ROS homeostasis.