基本信息
- 項目名稱：
- BSK3激酶活性的研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 油菜素甾醇類（簡稱BR）BR在植物生長發(fā)育的各個階段都發(fā)揮著重要的作用。在BR信號轉導過程中，關于BR是如何調(diào)節(jié)BSKs的活性及BSKs如何調(diào)節(jié)下游BSU1的機制仍不十分清楚。擬南芥BSK家族12個成員的激酶區(qū)中6個絕對保守的氨基酸多少都發(fā)生了突變），這些突變能抑制蛋白激酶的活性。本試驗中，通過研究BSK3的激酶活性，為進一步揭示BSK3在BR信號轉導過程中對下游BSU1的調(diào)節(jié)機制打下基礎。
- 詳細介紹：
- 油菜素內(nèi)酯（Brassinolide）與有類似結構和功能的甾醇類植物激素總稱為油菜素甾醇類（Brassinosteroids,簡稱BR）。作為植物六大激素之一，BR在植物生長發(fā)育的各個階段都發(fā)揮著重要的作用。BR調(diào)節(jié)的植物生理反應包括衰老，種子萌發(fā)，有性生殖，胚軸和莖的生長，木質部的分化，葉片卷曲和偏上生長（epinasty）,根的生長和重力反應，植物抗病和逆境脅迫反應等。 而BR生物合成缺陷和信號轉導中的突變體也會產(chǎn)生明顯的表型，包括植株呈現(xiàn)深綠色并產(chǎn)生矮化，葉片呈圓形、偏上性生長，葉柄變短，育性降低，開花和衰老延遲，暗下生長呈現(xiàn)光形態(tài)建成的一些特征等。 利用雙子葉模式植物擬南芥為材料，BR信號轉導的研究已經(jīng)取得了很多突破性的進展，并得出了一個基本完整的路徑圖。在植物細胞中，BR通過與細胞表面的受體激酶BRI1結合激活信號傳遞途徑。 結合了BR的BRI1能磷酸化質膜上另一個蛋白激酶BSK并通過某種機制調(diào)節(jié)胞內(nèi)磷酸酶BSU1的活性。BSU1在BR信號傳導中的作用是將胞內(nèi)蛋白激酶BIN2去磷酸化。這種去磷酸化將抑制BIN2的激酶活性，從而使得BIN2的下游底物轉錄因子BZR1和BES1不再被磷酸化。非磷酸化狀態(tài)的BZR1和BES1能與DNA的啟動子序列結合，從而調(diào)節(jié)BR相關基因的表達。 在BR信號轉導過程中，關于BR是如何調(diào)節(jié)BSKs的活性及BSKs如何調(diào)節(jié)下游BSU1的機制仍不十分清楚。近年來，人們發(fā)現(xiàn)不是所有的蛋白激酶都有激酶活性。蛋白質序列分析表明所有擬南芥BSK家族12個成員的激酶區(qū)中6個絕對保守的氨基酸多少都發(fā)生了突變（BSK1有兩個突變, 見圖2），這些突變在以往的研究中發(fā)現(xiàn)能抑制蛋白激酶的活性。因此擬南芥BSKs很有可能是沒有激酶活性的蛋白激酶。如果BSKs沒有激酶活性，BSKs又如何調(diào)節(jié)BSU1的磷酸酶活性并將BR信號傳遞到胞內(nèi)呢？對擬南芥基因組中911個蛋白激酶的生物信息學分析表明有13%的蛋白激酶激酶區(qū)中的6個絕對保守的氨基酸有突變，因此它們可能都是沒有激酶活性的蛋白激酶 (Castells and Casacuberta, 2007)。沒有激酶活性的蛋白激酶在動物中也有發(fā)現(xiàn)，它們在信號傳導中被認為是起一種腳手架蛋白或接頭蛋白的作用，通過調(diào)節(jié)其他信號蛋白之間的相互作用來調(diào)節(jié)信號的傳導過程。在BR信號轉導通路中，由于BSU1不能和BRI1以及BAK1直接相互作用，在體外實驗中也發(fā)現(xiàn)BSK1不能直接影響B(tài)SU1的磷酸酶活性。因此我們認為BSKs很可能是起一種腳手架蛋白的作用，通過調(diào)節(jié)BSU1與另一蛋白的結合來調(diào)節(jié)BSU1的磷酸酶活性從而將BR信號傳遞到胞內(nèi)。 本試驗中，通過研究BSK3的激酶活性，為今后進一步揭示BSK3在BR信號轉導過程中對下游BSU1的調(diào)節(jié)機制打下基礎。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的： 1.通過探究BSK3是否具有激酶活性，進一步揭示BSK3在BR信號轉導中的作用機制。 2.研究BRI1對BSK3的磷酸化作用。 基本思路： 1.首先BSK3構建于pPAL7中。 2.純化BSK3蛋白。 3.純化帶GST標簽的BRIl蛋白。 4.BSK3體外磷酸化。
科學性、先進性及獨特之處
- 本研究有助于我們了解BSK3在傳遞途徑中的作用機制，為進一步闡明BR信號在植物生長發(fā)育過程中的調(diào)節(jié)作用打下基礎。 根據(jù)近年來的研究顯示，利用分子生物學手段來影響植物內(nèi)源BR合成或信號轉導途徑可以改良作物品種。通過研究BR信號轉導組分BSK3在植物中的作用機制將有助于我們發(fā)掘BR在作物品種改良中的潛在價值。
應用價值和現(xiàn)實意義
- BR對植物生長發(fā)育有明顯的調(diào)節(jié)作用，早在上個世紀80年代初人們就通過大田噴施合成BR（24-epibrassinolide）來增加作物產(chǎn)量。而近年來的一系列研究也顯示，利用分子生物學手段來影響植物內(nèi)源BR合成或信號傳導途徑可以成為作物品種改良的一種新的手段和方向。因此，本課題的研究可為今后通過調(diào)節(jié)作物內(nèi)源BR信號來提高糧食的產(chǎn)量及優(yōu)化作物品質打下良好的基礎。
學術論文摘要
- 油菜素內(nèi)酯 (Brassinolide，簡稱BL)，作為植物六大激素之一，在植物生長發(fā)育的各個時期都發(fā)揮著重要作用。BSK3是BR信號轉導過程中的重要組分，通過與BR信號通路的受體BRI1和下游磷酸酶BSU1相互作用來調(diào)節(jié)BR信號轉導通路，但對于BSKs對BSU1的調(diào)節(jié)機制并不十分清楚。體外磷酸化實驗結果表明BSK3作為BRI1的下游底物，并且沒有自磷酸化活性，暗示BSKs很有可能與植物體內(nèi)其他沒有激酶活性的蛋白激酶類似，通過起腳手架蛋白的作用來傳遞上游信號。
獲獎情況
- 2010年河北師范大學科技創(chuàng)新校內(nèi)二等獎
鑒定結果
- 放射自顯影證明BSK3是BRI1的下游底物。純化了不帶標簽的BSK3蛋白，并且加入不同的二價離子后與放射性ATP共孵育，放射自顯影結果顯示BSK3無激酶活性。
參考文獻
- 技術指標： 1.構建過程中的一系列分子生物學技術， PCR技術 等。 2.純化蛋白技術。 3.體外磷酸化技術。 1．Wenqiang Tang, Zhiping Deng and Zhi-Yong Wang. (2010) Proteomics shed light on the brassinosteroid signaling mechanism. Curr Opin. Plant Biol. 13:27-33. 3．Wenqiang Tang, Tae-Wuk Kim, Juan A Oses-Prieto, Yu Sun, Zhiping Deng, Shengwei Zhu, Ruiju Wang, Alma L. Burlingame, and Zhi-Yong Wang (2008) BSKs mediate signal transduction from the receptor kinase BRI1 in Arabidopsis. Science 321:557-560.
同類課題研究水平概述
- 1.油菜素內(nèi)酯的概述 油菜素內(nèi)酯（Brassinolide）與有類似結構和功能的甾醇類植物激素總稱為油菜素甾醇類（Brassinosteroids,簡稱BR）。作為植物六大激素之一，BR在植物生長發(fā)育的各個階段都發(fā)揮著重要的作用。 2. BR 信號轉導過程 利用雙子葉模式植物擬南芥為材料，BR信號轉導的研究已經(jīng)取得了很多突破性的進展，并得出了一個基本完整的路徑圖。在植物細胞中，BR通過與細胞表面的受體激酶BRI1結合激活信號傳遞途徑。 結合了BR的BRI1能磷酸化質膜上另一個蛋白激酶BSK并通過某種機制調(diào)節(jié)胞內(nèi)磷酸酶BSU1的活性。BSU1在BR信號傳導中的作用是將胞內(nèi)蛋白激酶BIN2去磷酸化。這種去磷酸化將抑制BIN2的激酶活性，從而使得BIN2的下游底物轉錄因子BZR1和BES1不再被磷酸化。非磷酸化狀態(tài)的BZR1和BES1能與DNA的啟動子序列結合，從而調(diào)節(jié)BR相關基因的表達。 3 BR信號中存在的問題 在BR信號轉導過程中，關于BR是如何調(diào)節(jié)BSKs的活性及BSKs如何調(diào)節(jié)下游BSU1的機制仍不十分清楚。近年來，人們發(fā)現(xiàn)不是所有的蛋白激酶都有激酶活性。蛋白質序列分析表明所有擬南芥BSK家族12個成員的激酶區(qū)中6個絕對保守的氨基酸多少都發(fā)生了突變（BSK1有兩個突變），這些突變在以往的研究中發(fā)現(xiàn)能抑制蛋白激酶的活性。因此擬南芥BSKs很有可能是沒有激酶活性的蛋白激酶。如果BSKs沒有激酶活性，BSKs又如何調(diào)節(jié)BSU1的磷酸酶活性并將BR信號傳遞到胞內(nèi)呢？對擬南芥基因組中911個蛋白激酶的生物信息學分析表明有13%的蛋白激酶激酶區(qū)中的6個絕對保守的氨基酸有突變，因此它們可能都是沒有激酶活性的蛋白激酶 (Castells and Casacuberta, 2007)。沒有激酶活性的蛋白激酶在動物中也有發(fā)現(xiàn)，它們在信號傳導中被認為是起一種腳手架蛋白或接頭蛋白的作用，通過調(diào)節(jié)其他信號蛋白之間的相互作用來調(diào)節(jié)信號的傳導過程。在BR信號轉導通路中，由于BSU1不能和BRI1以及BAK1直接相互作用，在體外實驗中也發(fā)現(xiàn)BSK1不能直接影響B(tài)SU1的磷酸酶活性。因此我們認為BSKs很可能是起一種腳手架蛋白的作用，通過調(diào)節(jié)BSU1與另一蛋白的結合來調(diào)節(jié)BSU1的磷酸酶活性從而將BR信號傳遞到胞內(nèi)。
