PP中农韩振海/王忆团队：MPK4-1与IQM3共表达促缺铁时苹果根排H+ 为探究钙信号与MAPK共同调控缺铁应答机制提供证据
基本信息
主题：MPK4-1与IQM3共表达促缺铁时苹果根排H+ 为探究钙信号与MAPK共同调控缺铁应答机制提供证据
期刊：Plant Physiology
影响因子：9.115
研究使用平台：NMT植物营养创新平台
标题：Kinase MxMPK4-1 and calmodulin binding protein MxIQM3 enhance apple root acidification during Fe deficiency
作者：中国农业大学孙琪然、翟龙妹、赵丹蕊、高敏、吴月、吴婷、张新忠、许雪峰、韩振海、王忆
获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖
检测离子/分子指标
H+
检测样品
苹果砧木根成熟区（距根尖顶点5000um的根表上的点）
供稿人简介
图片孙琪然，博士毕业于中国农业大学园艺学院，研究方向为果树逆境生理与分子生物学，导师王忆教授。博士期间采用NMT技术对苹果砧木耐缺铁分子机制进行探究，相关研究成果以第一作者/共同第一作者发表在Plant Physiology、Plant Journal、Plant Cell & Environment等期刊上。
中文摘要
铁是植物必需的微量元素，缺铁会造成生长发育缓慢、产量降低、产品品质下降等不良影响；果树是容易发生缺铁胁迫、且胁迫程度较重的植物。虽然植物吸收、利用铁素的分子机制研究受到很大关注并取得明显进展，但丝裂原活化蛋白激酶MAPK级联及钙信号响应蛋白如何参与缺铁应答的机制目前仍不清楚。该研究发现，缺铁胁迫下，钙信号通路中的钙调素结合蛋白MxIQM3在铁高效型苹果砧木小金海棠（Malus xiaojinensis）的根系中显著高表达。过表达MxIQM3可以增强苹果根系的缺铁应答响应，且MxIQM3的蛋白和磷酸化水平均显著上升。进一步发现MxIQM3与激酶MxMPK4-1蛋白互作，其Ser393位点可以被MxMPK4-1磷酸化。与单独过表达MxIQM3相比，MxMPK4-1和MxIQM3的共表达显著增强了苹果根系对缺铁的适应性反应。此外，MxIQM3 Ser393位点的磷酸化，使其与PM H+-ATPase MxHA2解离，进一步增强PM H+-ATPase介导的根系H+外泌和根际酸化。在缺铁胁迫下，Ca2+/MxCAM7信号会通过调节MxMPK4-1-MxIQM3模块，响应缺素胁迫。总之，研究结果表明，MxMPK4-1-MxIQM3在缺铁反应中积极调节了PM H+-ATPase的活性，揭示了Ca2+/MxCAM7信号和MAPK级联共同调控缺铁应答的新机制。
离子/分子流实验处理方法
苹果属山定子幼苗根系缺铁处理7天。
离子/分子流实验结果
通过非损伤微测技术（NMT）检测根系H+流速发现，缺铁胁迫下，与单独过表达MxIQM3相比，MxMPK4-1和MxIQM3的共表达，能够促进根系H+外排，这有利于增强根部铁离子的可溶性，促进根系对铁的吸收。
图1. 过表达MxIQM3对苹果砧木根系H+外排的影响。正值代表外排。
其他实验结果
- 钙调素结合蛋白MxIQM3是缺铁通路中的正调控因子。
- MAPK级联中MxMPK4-1与MxIQM3互作。
- MxMPK4-1通过对 MxIQM3的 ser393位点磷酸化，使其与PM H+-ATPase MxHA2解离，增强PM H+-ATPase介导的根系H+外泌和根际酸化，正向调控缺铁应答。
- 钙外源供体及钙通道抑制剂处理苹果愈伤，分别促进和抑制了MPK4酶活性和IQM的蛋白及磷酸化水平。
结论
本研究首次报道MxMPK4-1直接磷酸化MxIQM3，影响与与PM H+-ATPase MxHA2的结合，应该根际酸化，促进苹果植株对铁素的吸收；同时MxIQM3受到缺铁胁迫下Ca2+-MxCAM7信号能够激活MxMPK4-1—MxIQM3模块，参与小金海棠的缺铁应答。
测试液
0.5mM CaCl2，0.2mM MES，pH6.0
NMT仪器信息
文章原文：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac587
供稿：孙琪然
编辑：叶斌，刘兆义
关键词：MPK4；CaMBP；IQM3；质膜H+-ATPase；缺铁胁迫；苹果砧木；植物类