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また、BR 欠損変異体の比較リン酸化プロテオーム解析により、GhSK13 が綿繊維の発育を制御する上で重要な役割を果たしていることが明らかになりました
Comparative phosphoproteomic analysis of BR-defective mutant reveals a key role of GhSK13 in regulating cotton fiber development.
PMID: 32632733 DOI: 10.1007/s11427-020-1728-9.
抄録
BR（Brassinosteroid）はステロイド植物ホルモンであり、そのシグナル伝達経路にはリン酸化と脱リン酸化の一連のイベントが含まれており、GSK3は主要なネガティブレギュレーターキナーゼである。BRは綿繊維の伸長に重要な役割を果たしていることが示されている。しかし、その根底にあるメカニズムはまだ解明されていない。本研究では、BR 欠損変異体 Pagoda 1（pag1）とそれに対応する野生型（ZM24）の繊維を、重要な発生時期である早生期（受粉後 10 日目）と二次細胞壁合成期（20 日目）の比較グローバルリン酸化プロテオーム解析のために選択した。GSK3の基質特性に基づき、900個の潜在的な基質が同定された。その結果、BRはGhSK（Gossypium hirsutum L.のGSK3）の微小管細胞骨格組織やグルコース、スクロース、脂質代謝経路を制御することで、繊維の発達に機能していることが示唆された。さらに実験の結果、GhSKメンバーの中でGhSK13はBRシグナル伝達経路に関与しているだけでなく、AP2様エチレン応答因子GhAP2L、核内転写因子Gh_DNF_YB19、ホメオドメインジッパーメンバーGhHDZ5とそれぞれ相互作用して繊維の発達に関与していることが明らかになりました。これらの研究は、BRシグナル経路、特にGhSKを介して制御されている繊維の発達の理解を深めるとともに、綿繊維の品質向上のための標的タンパク質を数多く提供するものである。
Brassinosteroid (BR), a steroid phytohormone, whose signaling transduction pathways include a series of phosphorylation and dephosphorylation events, and GSK3s are the main negative regulator kinases. BRs have been shown to play vital roles in cotton fiber elongation. However, the underlying mechanism is still elusive. In this study, fibers of a BR-defective mutant Pagoda 1 (pag1), and its corresponding wild-type (ZM24) were selected for a comparative global phosphoproteome analysis at critical developmental time points: fast-growing stage (10 days after pollination (DPA)) and secondary cell wall synthesis stage (20 DPA). Based on the substrate characteristics of GSK3, 900 potential substrates were identified. Their GO and KEGG annotation results suggest that BR functions in fiber development by regulating GhSKs (GSK3s of Gossypium hirsutum L.) involved microtubule cytoskeleton organization, and pathways of glucose, sucrose and lipid metabolism. Further experimental results revealed that among the GhSK members identified, GhSK13 not only plays a role in BR signaling pathway, but also functions in developing fiber by respectively interacting with an AP2-like ethylene-responsive factor GhAP2L, a nuclear transcription factor Gh_DNF_YB19, and a homeodomain zipper member GhHDZ5. Overall, our phosphoproteomic research advances the understanding of fiber development controlled by BR signal pathways especially through GhSKs, and also offers numbers of target proteins for improving cotton fiber quality.