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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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科研人員揭示鈣信號解碼機制并提出核心激酶活性檢測方案?

2025-06-05 分子植物科學卓越創(chuàng)新中心

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語音播報

干旱、鹽脅迫及低溫等使植物受到高滲脅迫，危害糧食生產(chǎn)安全。滲透信號是“復(fù)合信號”，其感應(yīng)和傳導(dǎo)機制較為復(fù)雜。其中，瞬時激發(fā)的Ca²⁺信號和快速激活的SnRK2激酶是兩種重要的早期應(yīng)答。然而，滲透脅迫下Ca²⁺信號的解碼及其對核心激酶SnRK2的調(diào)控機制尚不清楚，其難點在于滲透脅迫下Ca²⁺信號解碼元件的鑒定研究。

近日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心趙楊研究組鑒定了滲透脅迫下Ca²⁺信號的解碼元件CPK3/4/6/11/27，解析了Ca²⁺-CPKs-SnRK2s的信號級聯(lián)通路。

該研究提出了CPK3/4/6/11/27激酶解碼Ca²⁺信號并介導(dǎo)SnRK2激活的滲透早期信號模型。研究發(fā)現(xiàn)，滲透脅迫誘導(dǎo)植物胞質(zhì)自由Ca²⁺濃度快速升高；CPK3/4/6/11/27通過C端EF手形結(jié)構(gòu)域與Ca²⁺的結(jié)合引起的蛋白構(gòu)象變化，激活自身激酶活性，實現(xiàn)滲透脅迫下Ca²⁺信號的感知和解碼；進而，CPK3/4/6/11/27與SnRK2互作，并通過磷酸化修飾激活SnRK2激酶，實現(xiàn)滲透早期信號傳遞并調(diào)控脅迫應(yīng)答。

該研究提出了滲透信號激活SnRK2激酶的兩步激活機制，并發(fā)現(xiàn)了不同亞組SnRK2響應(yīng)滲透“復(fù)合信號”中不同的分解信號以及這些分解信號介導(dǎo)不同的生物學過程。其中，pSnRK2抗體可特異性識別多個物種中激活態(tài)SnRK2，成為滲透和ABA相關(guān)信號研究的重要工具，可支持RAF、CPK、CARK1等激酶以及TOPP磷酸酶等的研究，有望推動植物脅迫應(yīng)答及相關(guān)交叉方向的研究進展。

5月19日，相關(guān)研究成果作為封面文章，發(fā)表在《發(fā)育細胞》（Developmental Cell）上?！栋l(fā)育細胞》同期發(fā)表了前瞻性文章，評述了這一成果的學術(shù)意義。5月29日，趙楊研究組在STAR Protocols上發(fā)表了方法文章，總結(jié)了脅迫信號核心激酶SnRK2的活性檢測方法。

研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項等的支持。

論文鏈接

前瞻性文章鏈接

方法論文鏈接

封面插圖展示植物如何響應(yīng)由干旱環(huán)境等引起的滲透脅迫。擬人化的擬南芥小苗所扎根的龜裂土地及頭頂?shù)奶栂笳髅{迫環(huán)境，脅迫刺激（閃電符號）觸發(fā)瞬時的Ca²⁺信號（綠色小球），這些信號由鈣依賴蛋白激酶CPKs（綠色水滴）解碼。激活的CPKs會磷酸化（紫色小球）并激活SnRK2蛋白激酶（紅色水滴），從而激活滲透脅迫的下游應(yīng)答。

干旱、鹽脅迫及低溫等使植物受到高滲脅迫，危害糧食生產(chǎn)安全。滲透信號是“復(fù)合信號”，其感應(yīng)和傳導(dǎo)機制較為復(fù)雜。其中，瞬時激發(fā)的Ca2+信號和快速激活的SnRK2激酶是兩種重要的早期應(yīng)答。然而，滲透脅迫下Ca2+信號的解碼及其對核心激酶SnRK2的調(diào)控機制尚不清楚，其難點在于滲透脅迫下Ca2+信號解碼元件的鑒定研究。近日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心趙楊研究組鑒定了滲透脅迫下Ca2+信號的解碼元件CPK3/4/6/11/27，解析了Ca2+-CPKs-SnRK2s的信號級聯(lián)通路。該研究提出了CPK3/4/6/11/27激酶解碼Ca2+信號并介導(dǎo)SnRK2激活的滲透早期信號模型。研究發(fā)現(xiàn)，滲透脅迫誘導(dǎo)植物胞質(zhì)自由Ca2+濃度快速升高；CPK3/4/6/11/27通過C端EF手形結(jié)構(gòu)域與Ca2+的結(jié)合引起的蛋白構(gòu)象變化，激活自身激酶活性，實現(xiàn)滲透脅迫下Ca2+信號的感知和解碼；進而，CPK3/4/6/11/27與SnRK2互作，并通過磷酸化修飾激活SnRK2激酶，實現(xiàn)滲透早期信號傳遞并調(diào)控脅迫應(yīng)答。該研究提出了滲透信號激活SnRK2激酶的兩步激活機制，并發(fā)現(xiàn)了不同亞組SnRK2響應(yīng)滲透“復(fù)合信號”中不同的分解信號以及這些分解信號介導(dǎo)不同的生物學過程。其中，pSnRK2抗體可特異性識別多個物種中激活態(tài)SnRK2，成為滲透和ABA相關(guān)信號研究的重要工具，可支持RAF、CPK、CARK1等激酶以及TOPP磷酸酶等的研究，有望推動植物脅迫應(yīng)答及相關(guān)交叉方向的研究進展。5月19日，相關(guān)研究成果作為封面文章，發(fā)表在《發(fā)育細胞》（Developmental Cell）上。《發(fā)育細胞》同期發(fā)表了前瞻性文章，評述了這一成果的學術(shù)意義。5月29日，趙楊研究組在STAR Protocols上發(fā)表了方法文章，總結(jié)了脅迫信號核心激酶SnRK2的活性檢測方法。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項等的支持。論文鏈接前瞻性文章鏈接方法論文鏈接封面插圖展示植物如何響應(yīng)由干旱環(huán)境等引起的滲透脅迫。擬人化的擬南芥小苗所扎根的龜裂土地及頭頂?shù)奶栂笳髅{迫環(huán)境，脅迫刺激（閃電符號）觸發(fā)瞬時的Ca2+信號（綠色小球），這些信號由鈣依賴蛋白激酶CPKs（綠色水滴）解碼。激活的CPKs會磷酸化（紫色小球）并激活SnRK2蛋白激酶（紅色水滴），從而激活滲透脅迫的下游應(yīng)答。

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