工程化 PYL3 的有效 ABA 非依赖性激活,FEBS Open Bio

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工程化 PYL3 的有效 ABA 非依赖性激活
FEBS Open Bio ( IF 2.8 ) Pub Date : 2021-03-19 , DOI: 10.1002/2211-5463.13151
Yutao Wang ₁ , Chong Feng ₂ , Xiangtao Wu ₃ , Weihong Lu ₃ , Xiaoli Zhang ₄ , Xingliang Zhang _{4,

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Affiliation

脱落酸 (ABA) 在许多发育过程和植物对适应性胁迫的反应中起着至关重要的作用。在干旱胁迫下，植物会提高ABA水平并激活ABA受体，但在严酷的环境胁迫下，植物通常无法有效合成和释放足量的ABA。植物对严酷环境胁迫的反应可以通过 ABA 受体的 ABA 非依赖性激活得到改善。通过 pyrabactin 抗性/Pyr1 样（PYR1/PYLs）对 A 组蛋白磷酸酶 2C 型（PP2Cs）的非 ABA 依赖性抑制的分子基础尚不清楚。在这里，我们使用我们之前报道的 PYL3 结构首先获得单体 PYL3 突变体，然后引入大量疏水残基取代以促进 Gate/L6/CL2 环的闭合，从而模仿 ABA 占用的构象。通过结构引导的诱变和生化表征，我们研究了 PYL3 的 ABA 非依赖性激活机制。获得了两种类型的 PYL3 突变体： (a) PYL3 V108K V107L V192F 可以与 ABA 结合并在没有 ABA 的情况下有效抑制 HAB1；(b) PYL3 V108K V107F V192F、PYL3 V108K V107L V192F L111F和PYL3 V108K V107F V192F L111F不能识别ABA但可以在没有ABA的情况下极大地抑制HAB1。有趣的是，如果三个可变残基（V107、V192 和 L111）中的任意两个突变为大量疏水残基，则 PYL3 突变体与 ABA 结合的能力会受到严重损害。将 PYL3 突变体引入转基因植物将有助于阐明 PYL3 的功能我们研究了 PYL3 的 ABA 非依赖性激活机制。获得了两种类型的 PYL3 突变体： (a) PYL3 V108K V107L V192F 可以与 ABA 结合并在没有 ABA 的情况下有效抑制 HAB1；(b) PYL3 V108K V107F V192F、PYL3 V108K V107L V192F L111F和PYL3 V108K V107F V192F L111F不能识别ABA但可以在没有ABA的情况下极大地抑制HAB1。有趣的是，如果三个可变残基（V107、V192 和 L111）中的任意两个突变为大量疏水残基，则 PYL3 突变体与 ABA 结合的能力会受到严重损害。将 PYL3 突变体引入转基因植物将有助于阐明 PYL3 的功能我们研究了 PYL3 的 ABA 非依赖性激活机制。获得了两种类型的 PYL3 突变体： (a) PYL3 V108K V107L V192F 可以与 ABA 结合并在没有 ABA 的情况下有效抑制 HAB1；(b) PYL3 V108K V107F V192F、PYL3 V108K V107L V192F L111F和PYL3 V108K V107F V192F L111F不能识别ABA但可以在没有ABA的情况下极大地抑制HAB1。有趣的是，如果三个可变残基（V107、V192 和 L111）中的任意两个突变为大量疏水残基，则 PYL3 突变体与 ABA 结合的能力会受到严重损害。将 PYL3 突变体引入转基因植物将有助于阐明 PYL3 的功能 PYL3 V108K V107L V192F L111F 和 PYL3 V108K V107F V192F L111F 不能识别 ABA，但可以在没有 ABA 的情况下极大地抑制 HAB1。有趣的是，如果三个可变残基（V107、V192 和 L111）中的任意两个突变为大量疏水残基，则 PYL3 突变体与 ABA 结合的能力会受到严重损害。将 PYL3 突变体引入转基因植物将有助于阐明 PYL3 的功能 PYL3 V108K V107L V192F L111F 和 PYL3 V108K V107F V192F L111F 不能识别 ABA，但可以在没有 ABA 的情况下极大地抑制 HAB1。有趣的是，如果三个可变残基（V107、V192 和 L111）中的任意两个突变为大量疏水残基，则 PYL3 突变体与 ABA 结合的能力会受到严重损害。将 PYL3 突变体引入转基因植物将有助于阐明 PYL3 的功能在体内，并可能促进未来生产具有高产量和非生物胁迫耐受性的转基因作物。

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Potent ABA‐independent activation of engineered PYL3

Abscisic acid (ABA) plays a vital role in many developmental processes and the response to adaptive stress in plants. Under drought stress, plants enhance levels of ABA and activate ABA receptors, but under harsh environmental stress, plants usually cannot efficiently synthesize and release sufficient quantities of ABA. The response of plants to harsh environmental stress may be improved through ABA‐independent activation of ABA receptors. The molecular basis of ABA‐independent inhibition of group A protein phosphatases type 2C (PP2Cs) by pyrabactin resistance/Pyr1‐like (PYR1/PYLs) is not yet clear. Here, we used our previously reported structures of PYL3 to first obtain the monomeric PYL3 mutant and then to introduce bulky hydrophobic residue substitutions to promote the closure of the Gate/L6/CL2 loop, thereby mimicking the conformation of ABA occupancy. Through structure‐guided mutagenesis and biochemical characterization, we investigated the mechanism of ABA‐independent activation of PYL3. Two types of PYL3 mutants were obtained: (a) PYL3 V108K V107L V192F can bind to ABA and effectively inhibit HAB1 without ABA; (b) PYL3 V108K V107F V192F, PYL3 V108K V107L V192F L111F and PYL3 V108K V107F V192F L111F cannot recognize ABA but can greatly inhibit HAB1 without ABA. Intriguingly, the ability of PYL3 mutants to bind to ABA was severely compromised if any two of three variable residues (V107, V192 and L111) were mutated into a bulky hydrophobic residue. The introduction of PYL3 mutants into transgenic plants will help elucidate the functionality of PYL3 in vivo and may facilitate the future production of transgenic crops with high yield and tolerance of abiotic stresses.

更新日期：2021-05-03

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