丙酮酸脱氢酶复合体
在高等植物中，生长素参与植物的器官如叶、根和花的发育。生长素在空间的分布对于器官的形成是至关重要，PIN在生长素极性运输机制中发挥重要作用。PIN在质膜上的不对称分布与生长素流的方向有关，因此PIN的定位与生长素的浓度对于器官的发育至关重要【1】。例如，某些pin突变体表现出严重的生长素极性运输缺陷。目前已有报道表明丝氨酸、苏氨酸激酶PINOID（PID）通过磷酸化PIN从而调控其生长素极性转运，而MAB4/ENP/NPY1基因的缺失会导致PIN的表达降低从而导致生长素的极性转运受阻【2】。然而PIN参与的许多生物学过程目前尚未完全了解。
IAA-Alanine Resistant 4 (IAR4) 作为一个通过影响生长素积累而影响器官发育的基因，编码一个线粒体丙酮酸脱氢酶 （PHD）E1α亚基，E1包含一个催化E1α亚基和调节E1β亚基，两者形成复合体，尽管iar4 突变体表现出生长素缺失类似的表型【3】，然而丙酮酸脱氢酶如何影响器官发育的分子机制是未知的。
近日，福建农林大学生命科学学院、海峡联合研究院Masahiko Furutani课题组在Plant Physiology 上在线发表了题为Mitochondrial pyruvate dehydrogenase contributes to auxin-regulated organ development 的研究论文，揭示了新的丙酮酸脱氢酶亚基通过调控生长素极性转运PIN2从而调控器官发育的分子机理。
研究人员首先通过EMS诱变在 pid 背景下筛选到了子叶异常突变体 mab1-1，发现 mab1-1 突变体有正常的胚胎发育，然而子叶发育、细胞分化和细胞增殖异常，最终形成单片子叶。通过图位克隆，定位该基因为At5g50850，第298位的甘氨酸突变为天冬氨酸所致，通过遗传回补，发现MAB1基因确实回补了mab1-1的缺失表型。BIFC发现MAB1确实可以与IAR4互作，通过二维凝胶电泳，比较Col-0和mab1-1的蛋白质组学发现，PDHE1β的丰度显著下降，而IAR4L和IAR4在mab1-1中也有明显的下调，这些结果与MAB1与IAR4和IAR4L形成复合体一致。
图1 MAB1影响器官发育
为探究MAB1影响丙酮酸脱氢酶复合体的功能，研究人员测定了线粒体中丙酮酸脱氢酶的活性，发现mab1-1只有野生型的17%，而对琥铂酸盐的测定发现，两者没有明显差异，表明MAB1特异性的影响丙酮酸脱氢酶的活性。而通过代谢组学分析发现，在突变体中甘氨酸的浓度显著高于野生型，预示着丙酮酸盐浓度较高，进一步表明MAB1影响了丙酮酸脱氢酶的活性从而影响三羧酸循环。
前期的研究表明IAR4能够影响在根发育中生长素的稳态，因此研究人员探索MAB1是否影响生长素的稳态从而调控发育过程，首先通过mab1-1与生长素的应答marker DR5:GFP杂交后发现，突变体中的荧光信号明显减弱，表明MAB1影响了生长素的信号。其次，通过mab1-1与生长素的PIN1，PIN2杂交后发现荧光强度也显著降低，然而外源施加生长素却不能提高PIN2的荧光强度，表明MAB1影响生长素主要在极性转运而非稳态和应答。通过药理学试验发现，MAB1通过三羧酸循环和核内体途径影响了PIN2的表达，从而调控生长发育过程。
图2 MAB1 影响生长素调控器官发育过程
综上，该研究通过遗传诱变、图位克隆、蛋白组学和药理学等试验手段，鉴定出新的丙酮酸脱氢酶MAB1，而且MAB1能够通过三羧酸循环和核内体途径影响PIN2的表达从而影响器官形成的分子机理。
参考文献
1 Benjamins R, Quint A, Weijers D, Hooykaas P, Offringa R(2001) The PINOID protein kinase regulates organ development in Arabidopsis by enhancing polar auxin transport. Development 128: 4057-4067
2 Benková E, Michniewicz M, Sauer M, Teichmann T, Seifertová D, Jürgens G, Friml J(2003) Local, efflux-dependent auxin gradients as a common module for plant organ formation. Cell 115: 591-602
3 Furutani M, Vernoux T, Traas J, Kato T, Tasaka M, Aida M(2004) PIN-FORMED1 and PINOID regulate boundary formation and cotyledon development in Arabidopsis embryogenesis. Development 131: 5021-5030
原文链接：
http://www.plantphysiol.org/content/early/2019/03/20/pp.18.01460
