辣椒CaADIK1正向调节ABA依赖性干旱胁迫反应并被抑制

　　近日，New Phytologist在线发表了韩国著名高校中央大学Sung Chul Lee教授为通讯作者的题为“CaADIP1-dependent CaADIK1-kinase activation is required for ABA signaling and drought stress response in Capsicum annuum” 的研究论文。本研究发现辣椒 CaADIK1 正向调节 ABA 依赖性干旱胁迫反应并被 CaADIP1 抑制。

　　研究背景

　　气候变化对植物造成外界压力，影响植物的生长和农作物的产量。其中，渗透压力是影响植物生存的不利环境因素之一。植物通过改变自身的生长和发育、激素平衡，以适应渗透压力。ABA 信号网络的诱导与各种胁迫条件有关，例如寒冷、高盐、干旱等。ABA信号由PYR/PYLs/RCARs受体感知，随后与PP2Cs互作并将其抑制，从而激活SnRK2蛋白激酶。

　　该团队之前研究报道了辣椒A类PP2Cs（CaADIP1和CaAIPP1），它们通过ABA介导的信号对干旱耐受性进行负向调节。在本研究中，研究者确定了辣椒MAP3激酶CaADIK1(Capsicum annuum ADIP1 Interacting MAP3 Kinase 1)，它与CaADIP1相互作用，并正向调节 ABA 依赖性干旱胁迫反应。

　　主要结果

　　为了确定与辣椒CaADIP1相互作用的候选蛋白激酶，研究者使用CaADIP1进行了酵母双杂交实验，并筛选到蛋白CaADIK1。进一步的免疫共沉淀和双分子荧光互补实验证实了两个蛋白在体外和体内的相互作用。多序列比对结果显示CaADIK1与其他物种的MAP3激酶具有较高的氨基酸序列相似性（47.7-76.5%）。ABA、干旱或高盐处理下，CaADIK1的表达明显提升，即CaADIK1转录水平受非生物胁迫诱导。亚细胞定位结果显示CaADIK1 定位于细胞核和细胞质中。

　　通过在氨基酸水平改变ATP结合位点，显示GST-CaDIK1具有激酶活性,而GST-CaADIK1K32N 不具有激酶活性。体外激酶实验显示，GST-CaDIK1的激酶活性随着GST-CaADIP1浓度的增加而逐渐降低。CaADIK1的激酶活性被CaADIP1抑制，而不是被CaADIP1G270,276D抑制，表明CaADIP1的磷酸酶活性是抑制CaADIK1的激酶活性所必需的。除此之外，干旱胁迫也增强了CaADIK1的激酶活性。

　　研究者对辣椒CaADIK1沉默植株和拟南芥CaADIK1-OX过表达植株进行了遗传分析。CaADIK1沉默的辣椒植株表现出干旱敏感表型，而CaADIK1 -OX 拟南芥植物表现出 ABA 敏感和耐旱表型。在拟南芥CaADIK1 K32N-OX（ATP结合位点突变）植株中，ABA不敏感和干旱敏感的表型得到了恢复。

　　图1 在辣椒中沉默CaADIK1的表达能够增强植株的干旱耐受性

　　最后，为了确定CaADIK1引起的ABA敏感表型是否能够被CaADIP1所抑制，研究者在拟南芥CaADIK1 -OX 植株中过表达CaADIP1，获得CaADIK1-OX/CaADIP1-OX

　　植株，并比较了其ABA敏感性。ABA处理后，CaADIK1-OX/CaADIP1-OX植株子叶变绿比率明显增加、主根长度也长于CaADIK1-OX植株。ABA诱导的ABA响应相关基因在CaADIK1-OX植株中表达量非常高；在CaADIP1-OX植株表达量最低。而这些基因在CaADIK1-OX/CaADIP1-OX植株中表现出类似于野生型相对较低的表达水平。以上结果说明，CaADIP1能够抑制CaADIK1引起的ABA敏感表型。

　　图2 CaADIK1-OX/CaADIP1-OX植株中ABA敏感性受到了抑制

　　结果意义

　　研究者通过进行功能获得和功能丧失遗传分析，对CaADIK1与外源性ABA和干旱胁迫的作用进行了探究。CaADIP1在细胞核和细胞质中去磷酸化CaADIK1，并降低CaADIK1的激酶活性。CaADIK1基因敲除的辣椒植物表现出干旱敏感性表型。该研究结果为ABA信号和与MAP3Ks相关的干旱反应提供了一个新的见解。