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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- BSK3激酶活性的研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 油菜素甾醇類(lèi)（簡(jiǎn)稱(chēng)BR）BR在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段都發(fā)揮著重要的作用。在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中，關(guān)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(jī)制仍不十分清楚。擬南芥BSK家族12個(gè)成員的激酶區(qū)中6個(gè)絕對(duì)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(yàn)中，通過(guò)研究BSK3的激酶活性，為進(jìn)一步揭示BSK3在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中對(duì)下游BSU1的調(diào)節(jié)機(jī)制打下基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 油菜素內(nèi)酯（Brassinolide）與有類(lèi)似結(jié)構(gòu)和功能的甾醇類(lèi)植物激素總稱(chēng)為油菜素甾醇類(lèi)（Brassinosteroids,簡(jiǎn)稱(chēng)BR）。作為植物六大激素之一，BR在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段都發(fā)揮著重要的作用。BR調(diào)節(jié)的植物生理反應(yīng)包括衰老，種子萌發(fā)，有性生殖，胚軸和莖的生長(zhǎng)，木質(zhì)部的分化，葉片卷曲和偏上生長(zhǎng)（epinasty）,根的生長(zhǎng)和重力反應(yīng)，植物抗病和逆境脅迫反應(yīng)等。 而B(niǎo)R生物合成缺陷和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的突變體也會(huì)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(zhǎng)，葉柄變短，育性降低，開(kāi)花和衰老延遲，暗下生長(zhǎng)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究已經(jīng)取得了很多突破性的進(jìn)展，并得出了一個(gè)基本完整的路徑圖。在植物細(xì)胞中，BR通過(guò)與細(xì)胞表面的受體激酶BRI1結(jié)合激活信號(hào)傳遞途徑。 結(jié)合了BR的BRI1能磷酸化質(zhì)膜上另一個(gè)蛋白激酶BSK并通過(guò)某種機(jī)制調(diào)節(jié)胞內(nèi)磷酸酶BSU1的活性。BSU1在BR信號(hào)傳導(dǎo)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(zhuǎn)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(dòng)子序列結(jié)合，從而調(diào)節(jié)BR相關(guān)基因的表達(dá)。 在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中，關(guān)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(jī)制仍不十分清楚。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)不是所有的蛋白激酶都有激酶活性。蛋白質(zhì)序列分析表明所有擬南芥BSK家族12個(gè)成員的激酶區(qū)中6個(gè)絕對(duì)保守的氨基酸多少都發(fā)生了突變（BSK1有兩個(gè)突變, 見(jiàn)圖2），這些突變?cè)谝酝难芯恐邪l(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(méi)有激酶活性的蛋白激酶。如果BSKs沒(méi)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(hào)傳遞到胞內(nèi)呢？對(duì)擬南芥基因組中911個(gè)蛋白激酶的生物信息學(xué)分析表明有13%的蛋白激酶激酶區(qū)中的6個(gè)絕對(duì)保守的氨基酸有突變，因此它們可能都是沒(méi)有激酶活性的蛋白激酶 (Castells and Casacuberta, 2007)。沒(méi)有激酶活性的蛋白激酶在動(dòng)物中也有發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谛盘?hào)傳導(dǎo)中被認(rèn)為是起一種腳手架蛋白或接頭蛋白的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)其他信號(hào)蛋白之間的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)的傳導(dǎo)過(guò)程。在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，由于BSU1不能和BRI1以及BAK1直接相互作用，在體外實(shí)驗(yàn)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(rèn)為BSKs很可能是起一種腳手架蛋白的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)BSU1與另一蛋白的結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)BSU1的磷酸酶活性從而將BR信號(hào)傳遞到胞內(nèi)。 本試驗(yàn)中，通過(guò)研究BSK3的激酶活性，為今后進(jìn)一步揭示BSK3在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中對(duì)下游BSU1的調(diào)節(jié)機(jī)制打下基礎(chǔ)。
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作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 目的： 1.通過(guò)探究BSK3是否具有激酶活性，進(jìn)一步揭示BSK3在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用機(jī)制。 2.研究BRI1對(duì)BSK3的磷酸化作用。 基本思路： 1.首先BSK3構(gòu)建于pPAL7中。 2.純化BSK3蛋白。 3.純化帶GST標(biāo)簽的BRIl蛋白。 4.BSK3體外磷酸化。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本研究有助于我們了解BSK3在傳遞途徑中的作用機(jī)制，為進(jìn)一步闡明BR信號(hào)在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用打下基礎(chǔ)。 根據(jù)近年來(lái)的研究顯示，利用分子生物學(xué)手段來(lái)影響植物內(nèi)源BR合成或信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可以改良作物品種。通過(guò)研究BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)組分BSK3在植物中的作用機(jī)制將有助于我們發(fā)掘BR在作物品種改良中的潛在價(jià)值。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- BR對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的調(diào)節(jié)作用，早在上個(gè)世紀(jì)80年代初人們就通過(guò)大田噴施合成BR（24-epibrassinolide）來(lái)增加作物產(chǎn)量。而近年來(lái)的一系列研究也顯示，利用分子生物學(xué)手段來(lái)影響植物內(nèi)源BR合成或信號(hào)傳導(dǎo)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(guò)調(diào)節(jié)作物內(nèi)源BR信號(hào)來(lái)提高糧食的產(chǎn)量及優(yōu)化作物品質(zhì)打下良好的基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 油菜素內(nèi)酯 (Brassinolide，簡(jiǎn)稱(chēng)BL)，作為植物六大激素之一，在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)時(shí)期都發(fā)揮著重要作用。BSK3是BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的重要組分，通過(guò)與BR信號(hào)通路的受體BRI1和下游磷酸酶BSU1相互作用來(lái)調(diào)節(jié)BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，但對(duì)于BSKs對(duì)BSU1的調(diào)節(jié)機(jī)制并不十分清楚。體外磷酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BSK3作為BRI1的下游底物，并且沒(méi)有自磷酸化活性，暗示BSKs很有可能與植物體內(nèi)其他沒(méi)有激酶活性的蛋白激酶類(lèi)似，通過(guò)起腳手架蛋白的作用來(lái)傳遞上游信號(hào)。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010年河北師范大學(xué)科技創(chuàng)新校內(nèi)二等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 放射自顯影證明BSK3是BRI1的下游底物。純化了不帶標(biāo)簽的BSK3蛋白，并且加入不同的二價(jià)離子后與放射性ATP共孵育，放射自顯影結(jié)果顯示BSK3無(wú)激酶活性。
參考文獻(xiàn)
- 技術(shù)指標(biāo)： 1.構(gòu)建過(guò)程中的一系列分子生物學(xué)技術(shù)， PCR技術(shù) 等。 2.純化蛋白技術(shù)。 3.體外磷酸化技術(shù)。 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(lèi)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(lèi)似結(jié)構(gòu)和功能的甾醇類(lèi)植物激素總稱(chēng)為油菜素甾醇類(lèi)（Brassinosteroids,簡(jiǎn)稱(chēng)BR）。作為植物六大激素之一，BR在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段都發(fā)揮著重要的作用。 2. BR 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程 利用雙子葉模式植物擬南芥為材料，BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究已經(jīng)取得了很多突破性的進(jìn)展，并得出了一個(gè)基本完整的路徑圖。在植物細(xì)胞中，BR通過(guò)與細(xì)胞表面的受體激酶BRI1結(jié)合激活信號(hào)傳遞途徑。 結(jié)合了BR的BRI1能磷酸化質(zhì)膜上另一個(gè)蛋白激酶BSK并通過(guò)某種機(jī)制調(diào)節(jié)胞內(nèi)磷酸酶BSU1的活性。BSU1在BR信號(hào)傳導(dǎo)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(zhuǎn)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(dòng)子序列結(jié)合，從而調(diào)節(jié)BR相關(guān)基因的表達(dá)。 3 BR信號(hào)中存在的問(wèn)題 在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中，關(guān)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(jī)制仍不十分清楚。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)不是所有的蛋白激酶都有激酶活性。蛋白質(zhì)序列分析表明所有擬南芥BSK家族12個(gè)成員的激酶區(qū)中6個(gè)絕對(duì)保守的氨基酸多少都發(fā)生了突變（BSK1有兩個(gè)突變），這些突變?cè)谝酝难芯恐邪l(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(méi)有激酶活性的蛋白激酶。如果BSKs沒(méi)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(hào)傳遞到胞內(nèi)呢？對(duì)擬南芥基因組中911個(gè)蛋白激酶的生物信息學(xué)分析表明有13%的蛋白激酶激酶區(qū)中的6個(gè)絕對(duì)保守的氨基酸有突變，因此它們可能都是沒(méi)有激酶活性的蛋白激酶 (Castells and Casacuberta, 2007)。沒(méi)有激酶活性的蛋白激酶在動(dòng)物中也有發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谛盘?hào)傳導(dǎo)中被認(rèn)為是起一種腳手架蛋白或接頭蛋白的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)其他信號(hào)蛋白之間的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)的傳導(dǎo)過(guò)程。在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，由于BSU1不能和BRI1以及BAK1直接相互作用，在體外實(shí)驗(yàn)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(rèn)為BSKs很可能是起一種腳手架蛋白的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)BSU1與另一蛋白的結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)BSU1的磷酸酶活性從而將BR信號(hào)傳遞到胞內(nèi)。
