基本信息
- 项目名称：
- BSK3激酶活性的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 油菜素甾醇类（简称BR）BR在植物生长发育的各个阶段都发挥着重要的作用。在BR信号转导过程中，关于BR是如何调节BSKs的活性及BSKs如何调节下游BSU1的机制仍不十分清楚。拟南芥BSK家族12个成员的激酶区中6个绝对保守的氨基酸多少都发生了突变），这些突变能抑制蛋白激酶的活性。本试验中，通过研究BSK3的激酶活性，为进一步揭示BSK3在BR信号转导过程中对下游BSU1的调节机制打下基础。
- 详细介绍：
- 油菜素内酯（Brassinolide）与有类似结构和功能的甾醇类植物激素总称为油菜素甾醇类（Brassinosteroids,简称BR）。作为植物六大激素之一，BR在植物生长发育的各个阶段都发挥着重要的作用。BR调节的植物生理反应包括衰老，种子萌发，有性生殖，胚轴和茎的生长，木质部的分化，叶片卷曲和偏上生长（epinasty）,根的生长和重力反应，植物抗病和逆境胁迫反应等。 而BR生物合成缺陷和信号转导中的突变体也会产生明显的表型，包括植株呈现深绿色并产生矮化，叶片呈圆形、偏上性生长，叶柄变短，育性降低，开花和衰老延迟，暗下生长呈现光形态建成的一些特征等。 利用双子叶模式植物拟南芥为材料，BR信号转导的研究已经取得了很多突破性的进展，并得出了一个基本完整的路径图。在植物细胞中，BR通过与细胞表面的受体激酶BRI1结合激活信号传递途径。 结合了BR的BRI1能磷酸化质膜上另一个蛋白激酶BSK并通过某种机制调节胞内磷酸酶BSU1的活性。BSU1在BR信号传导中的作用是将胞内蛋白激酶BIN2去磷酸化。这种去磷酸化将抑制BIN2的激酶活性，从而使得BIN2的下游底物转录因子BZR1和BES1不再被磷酸化。非磷酸化状态的BZR1和BES1能与DNA的启动子序列结合，从而调节BR相关基因的表达。 在BR信号转导过程中，关于BR是如何调节BSKs的活性及BSKs如何调节下游BSU1的机制仍不十分清楚。近年来，人们发现不是所有的蛋白激酶都有激酶活性。蛋白质序列分析表明所有拟南芥BSK家族12个成员的激酶区中6个绝对保守的氨基酸多少都发生了突变（BSK1有两个突变, 见图2），这些突变在以往的研究中发现能抑制蛋白激酶的活性。因此拟南芥BSKs很有可能是没有激酶活性的蛋白激酶。如果BSKs没有激酶活性，BSKs又如何调节BSU1的磷酸酶活性并将BR信号传递到胞内呢？对拟南芥基因组中911个蛋白激酶的生物信息学分析表明有13%的蛋白激酶激酶区中的6个绝对保守的氨基酸有突变，因此它们可能都是没有激酶活性的蛋白激酶 (Castells and Casacuberta, 2007)。没有激酶活性的蛋白激酶在动物中也有发现，它们在信号传导中被认为是起一种脚手架蛋白或接头蛋白的作用，通过调节其他信号蛋白之间的相互作用来调节信号的传导过程。在BR信号转导通路中，由于BSU1不能和BRI1以及BAK1直接相互作用，在体外实验中也发现BSK1不能直接影响BSU1的磷酸酶活性。因此我们认为BSKs很可能是起一种脚手架蛋白的作用，通过调节BSU1与另一蛋白的结合来调节BSU1的磷酸酶活性从而将BR信号传递到胞内。 本试验中，通过研究BSK3的激酶活性，为今后进一步揭示BSK3在BR信号转导过程中对下游BSU1的调节机制打下基础。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 1.通过探究BSK3是否具有激酶活性，进一步揭示BSK3在BR信号转导中的作用机制。 2.研究BRI1对BSK3的磷酸化作用。 基本思路： 1.首先BSK3构建于pPAL7中。 2.纯化BSK3蛋白。 3.纯化带GST标签的BRIl蛋白。 4.BSK3体外磷酸化。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究有助于我们了解BSK3在传递途径中的作用机制，为进一步阐明BR信号在植物生长发育过程中的调节作用打下基础。 根据近年来的研究显示，利用分子生物学手段来影响植物内源BR合成或信号转导途径可以改良作物品种。通过研究BR信号转导组分BSK3在植物中的作用机制将有助于我们发掘BR在作物品种改良中的潜在价值。
应用价值和现实意义
- BR对植物生长发育有明显的调节作用，早在上个世纪80年代初人们就通过大田喷施合成BR（24-epibrassinolide）来增加作物产量。而近年来的一系列研究也显示，利用分子生物学手段来影响植物内源BR合成或信号传导途径可以成为作物品种改良的一种新的手段和方向。因此，本课题的研究可为今后通过调节作物内源BR信号来提高粮食的产量及优化作物品质打下良好的基础。
学术论文摘要
- 油菜素内酯 (Brassinolide，简称BL)，作为植物六大激素之一，在植物生长发育的各个时期都发挥着重要作用。BSK3是BR信号转导过程中的重要组分，通过与BR信号通路的受体BRI1和下游磷酸酶BSU1相互作用来调节BR信号转导通路，但对于BSKs对BSU1的调节机制并不十分清楚。体外磷酸化实验结果表明BSK3作为BRI1的下游底物，并且没有自磷酸化活性，暗示BSKs很有可能与植物体内其他没有激酶活性的蛋白激酶类似，通过起脚手架蛋白的作用来传递上游信号。
获奖情况
- 2010年河北师范大学科技创新校内二等奖
鉴定结果
- 放射自显影证明BSK3是BRI1的下游底物。纯化了不带标签的BSK3蛋白，并且加入不同的二价离子后与放射性ATP共孵育，放射自显影结果显示BSK3无激酶活性。
参考文献
- 技术指标： 1.构建过程中的一系列分子生物学技术， PCR技术 等。 2.纯化蛋白技术。 3.体外磷酸化技术。 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.
同类课题研究水平概述
- 1.油菜素内酯的概述 油菜素内酯（Brassinolide）与有类似结构和功能的甾醇类植物激素总称为油菜素甾醇类（Brassinosteroids,简称BR）。作为植物六大激素之一，BR在植物生长发育的各个阶段都发挥着重要的作用。 2. BR 信号转导过程 利用双子叶模式植物拟南芥为材料，BR信号转导的研究已经取得了很多突破性的进展，并得出了一个基本完整的路径图。在植物细胞中，BR通过与细胞表面的受体激酶BRI1结合激活信号传递途径。 结合了BR的BRI1能磷酸化质膜上另一个蛋白激酶BSK并通过某种机制调节胞内磷酸酶BSU1的活性。BSU1在BR信号传导中的作用是将胞内蛋白激酶BIN2去磷酸化。这种去磷酸化将抑制BIN2的激酶活性，从而使得BIN2的下游底物转录因子BZR1和BES1不再被磷酸化。非磷酸化状态的BZR1和BES1能与DNA的启动子序列结合，从而调节BR相关基因的表达。 3 BR信号中存在的问题 在BR信号转导过程中，关于BR是如何调节BSKs的活性及BSKs如何调节下游BSU1的机制仍不十分清楚。近年来，人们发现不是所有的蛋白激酶都有激酶活性。蛋白质序列分析表明所有拟南芥BSK家族12个成员的激酶区中6个绝对保守的氨基酸多少都发生了突变（BSK1有两个突变），这些突变在以往的研究中发现能抑制蛋白激酶的活性。因此拟南芥BSKs很有可能是没有激酶活性的蛋白激酶。如果BSKs没有激酶活性，BSKs又如何调节BSU1的磷酸酶活性并将BR信号传递到胞内呢？对拟南芥基因组中911个蛋白激酶的生物信息学分析表明有13%的蛋白激酶激酶区中的6个绝对保守的氨基酸有突变，因此它们可能都是没有激酶活性的蛋白激酶 (Castells and Casacuberta, 2007)。没有激酶活性的蛋白激酶在动物中也有发现，它们在信号传导中被认为是起一种脚手架蛋白或接头蛋白的作用，通过调节其他信号蛋白之间的相互作用来调节信号的传导过程。在BR信号转导通路中，由于BSU1不能和BRI1以及BAK1直接相互作用，在体外实验中也发现BSK1不能直接影响BSU1的磷酸酶活性。因此我们认为BSKs很可能是起一种脚手架蛋白的作用，通过调节BSU1与另一蛋白的结合来调节BSU1的磷酸酶活性从而将BR信号传递到胞内。
