식물은 불리한 환경에 적응하고 생존하기 위해 진화적으로 복잡한 방어 기작을 발달시켜왔다. 앱시스산 (ABA)은 스트레스 반응에서 필수적인 역할을 하는 식물호르몬으로 건조 스트레스에 반응하여 기공을 조절하는 역할을 한다. 최근 연구에 따르면, ABA 신호전달 구성요소와 같은 스트레스 조절 관련 단백질들은 ...
식물은 불리한 환경에 적응하고 생존하기 위해 진화적으로 복잡한 방어 기작을 발달시켜왔다. 앱시스산 (ABA)은 스트레스 반응에서 필수적인 역할을 하는 식물호르몬으로 건조 스트레스에 반응하여 기공을 조절하는 역할을 한다. 최근 연구에 따르면, ABA 신호전달 구성요소와 같은 스트레스 조절 관련 단백질들은 유비퀴틴을 매개로 한 안정성 조절이 일어나는 경우가 많다. 이 논문에서는 ABA 매개 건조 스트레스 반응을 조절하는 고추의 E3 ligase와 그들의 표적 bZIP 전사인자들을 연구하였다. 첫번째로, CaASRF1 유전자를 동정하였다. CaASRF1은 표적 기질 단백질에 유비퀴틴을 붙이는 E3 ligase의 기능을 하는 C3H2C3 타입의 RING finger 도메인을 가지고 있다. CaASRF1은 ABA, 건조 스트레스, 염분 스트레스 처리에 의해 발현이 증가했다. 고추 식물에서의 기능 상실 연구와 애기장대 식물에서의 기능 획득 연구는 CaASRF1이 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 양성적으로 조절한다는 것을 보여주었다. 뿐만 아니라 CaASRF1은 고추의 bZIP 전사인자 CaAIBZ1과 상호작용하고, CaAIBZ1 단백질의 분해를 촉진시킨다. CaAIBZ1은 CaASRF1과는 대조적으로 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 음성적으로 조절한다. 이러한 결과들은 CaASRF1이 CaAIBZ1의 안정성을 조절함으로써 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 양성적으로 조절한다는 것을 나타낸다. 두번째로, CaASRF1의 또 다른 표적 기질 단백질을 찾기 위해 효모단백질잡종법 (Y2H)을 수행한 결과, CaATBZ1이라는 bZIP 전사인자가 발견되었다. CaATBZ1 역시 CaAIBZ1과 마찬가지로 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응의 음성조절자다. CaATBZ1의 발현을 감소시킨 고추는 ABA에 과민감성을 나타내고 건조 스트레스에 내성을 가지는데, 이는 CaASRF1과 CaATBZ1을 동시에 발현 감소시킨 고추의 표현형과 동일하다. 이 결과는 CaASRF1이 CaATBZ1의 상위에서 기능함을 시사한다. 세번째로, 효모단백질잡종법을 통하여 CaATBZ1과 상호작용하는 또 다른 E3 ligase, CaATIR1을 발견하였다. CaATIR1은 E3 ligase 활성을 가지고 있고, 26S 프로테아좀 시스템을 통해 CaATBZ1의 분해를 촉진시킨다. CaATIR1의 발현을 감소시킨 고추는 ABA에 둔감하고 건조스트레스에 민감한 표현형을 보였으며, CaATIR1을 과발현 시킨 애기장대 식물은 반대의 표현형을 보였다. CaATIR1의 발현을 감소시킨 고추에서 나타난 표현형은 CaATIR1과 CaATBZ1을 동시에 발현 감소시켰을 때, 반대로 ABA에 민감하고 건조 스트레스에 내성이 있는 표현형으로 회복되었다. 이러한 결과는 CaATIR1이 CaATBZ1을 분해 시킴으로써 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 양성적으로 조절함을 시사한다. 종합적으로 이 논문에서의 결과들은 고추에서 CaASRF1 또는 CaATIR1에 의해 일어나는 bZIP 전사인자들의 유비퀴틴화와 분해 과정이 ABA 신호전달을 매개로 한 건조 스트레스 반응에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.
식물은 불리한 환경에 적응하고 생존하기 위해 진화적으로 복잡한 방어 기작을 발달시켜왔다. 앱시스산 (ABA)은 스트레스 반응에서 필수적인 역할을 하는 식물호르몬으로 건조 스트레스에 반응하여 기공을 조절하는 역할을 한다. 최근 연구에 따르면, ABA 신호전달 구성요소와 같은 스트레스 조절 관련 단백질들은 유비퀴틴을 매개로 한 안정성 조절이 일어나는 경우가 많다. 이 논문에서는 ABA 매개 건조 스트레스 반응을 조절하는 고추의 E3 ligase와 그들의 표적 bZIP 전사인자들을 연구하였다. 첫번째로, CaASRF1 유전자를 동정하였다. CaASRF1은 표적 기질 단백질에 유비퀴틴을 붙이는 E3 ligase의 기능을 하는 C3H2C3 타입의 RING finger 도메인을 가지고 있다. CaASRF1은 ABA, 건조 스트레스, 염분 스트레스 처리에 의해 발현이 증가했다. 고추 식물에서의 기능 상실 연구와 애기장대 식물에서의 기능 획득 연구는 CaASRF1이 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 양성적으로 조절한다는 것을 보여주었다. 뿐만 아니라 CaASRF1은 고추의 bZIP 전사인자 CaAIBZ1과 상호작용하고, CaAIBZ1 단백질의 분해를 촉진시킨다. CaAIBZ1은 CaASRF1과는 대조적으로 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 음성적으로 조절한다. 이러한 결과들은 CaASRF1이 CaAIBZ1의 안정성을 조절함으로써 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 양성적으로 조절한다는 것을 나타낸다. 두번째로, CaASRF1의 또 다른 표적 기질 단백질을 찾기 위해 효모단백질잡종법 (Y2H)을 수행한 결과, CaATBZ1이라는 bZIP 전사인자가 발견되었다. CaATBZ1 역시 CaAIBZ1과 마찬가지로 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응의 음성조절자다. CaATBZ1의 발현을 감소시킨 고추는 ABA에 과민감성을 나타내고 건조 스트레스에 내성을 가지는데, 이는 CaASRF1과 CaATBZ1을 동시에 발현 감소시킨 고추의 표현형과 동일하다. 이 결과는 CaASRF1이 CaATBZ1의 상위에서 기능함을 시사한다. 세번째로, 효모단백질잡종법을 통하여 CaATBZ1과 상호작용하는 또 다른 E3 ligase, CaATIR1을 발견하였다. CaATIR1은 E3 ligase 활성을 가지고 있고, 26S 프로테아좀 시스템을 통해 CaATBZ1의 분해를 촉진시킨다. CaATIR1의 발현을 감소시킨 고추는 ABA에 둔감하고 건조스트레스에 민감한 표현형을 보였으며, CaATIR1을 과발현 시킨 애기장대 식물은 반대의 표현형을 보였다. CaATIR1의 발현을 감소시킨 고추에서 나타난 표현형은 CaATIR1과 CaATBZ1을 동시에 발현 감소시켰을 때, 반대로 ABA에 민감하고 건조 스트레스에 내성이 있는 표현형으로 회복되었다. 이러한 결과는 CaATIR1이 CaATBZ1을 분해 시킴으로써 ABA 신호전달과 건조 스트레스 반응을 양성적으로 조절함을 시사한다. 종합적으로 이 논문에서의 결과들은 고추에서 CaASRF1 또는 CaATIR1에 의해 일어나는 bZIP 전사인자들의 유비퀴틴화와 분해 과정이 ABA 신호전달을 매개로 한 건조 스트레스 반응에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.
Plants have evolved complex defense mechanisms to adapt and survive under adverse growth conditions. Abscisic acid (ABA) is a phytohormone that plays a pivotal role in the stress response, especially regulation of the stomatal aperture in response to drought stress. Recent reports have identified th...
Plants have evolved complex defense mechanisms to adapt and survive under adverse growth conditions. Abscisic acid (ABA) is a phytohormone that plays a pivotal role in the stress response, especially regulation of the stomatal aperture in response to drought stress. Recent reports have identified that stress-responsive proteins including ABA signaling components are largely influenced by ubiquitin-mediated regulation of protein stability. In this thesis, I characterized that pepper E3 ligases and their target bZIP transcription factors modulate ABA-mediated drought stress response. First, I identified the pepper CaASRF1 (Capsicum annuum ABA Sensitive RING Finger E3 ligase 1) gene. I found that CaASRF1 contains a C3H2C3 type RING finger domain, which functions as an E3 ligase by attaching ubiquitins to the substrate target proteins. CaASRF1 expression was enhanced after exposure to ABA, drought, and NaCl. I investigated the biological function of this protein using virus-induced gene silencing (VIGS) in pepper plants and by generating overexpressing transgenic Arabidopsis plants. Phenotype analyses revealed that CaASRF1 positively regulates ABA signaling and the drought stress response. Moreover, CaASRF1 interacted with and was associated with degradation of the pepper bZIP transcription factor CaAIBZ1 (Capsicum annuum ASRF1-Interacting bZIP transcription factor 1). Contrary to CaASRF1 phenotypes, CaAIBZ1-silenced pepper plants and CaAIBZ1-overexpressing Arabidopsis plants exhibited drought-tolerant and drought-sensitive phenotypes, respectively. These results indicate that CaASRF1 positively modulates ABA signaling and drought stress response via modulation of CaAIBZ1 stability. Second, I performed yeast two-hybrid (Y2H) screening to identify an additional target protein of CaASRF1. As a result, pepper CaATBZ1 (Capsicum annuum ASRF1 target bZIP transcription factor 1), which belongs to the subgroup A bZIP transcription factors, was found. The loss-of-function and gain-of-function studies revealed that CaATBZ1 negatively modulates ABA signaling and drought stress response. Consistent with CaATBZ1-silenced pepper plants, CaASRF1/CaATBZ1-silenced pepper plants displayed drought-tolerant phenotypes via ABA-mediated signaling. These results suggest that CaASRF1 functions upstream of CaATBZ1. Third, I conducted yeast two-hybrid (Y2H) screening with CaATBZ1 to isolate an additional modulator, identified as CaATIR1 (Capsicum annuum ATBZ1 Interacting RING finger protein 1). CaATIR1 has E3 ligase activity and promoted CaATBZ1 degradation using the 26S proteasome system. CaATIR1-silenced pepper plants showed ABA insensitive and drought sensitive phenotypes, while CaATIR1-overexpressing plants showed the opposite phenotypes. Additionally, CaATBZ1-silencing rescued the ABA insensitive and drought sensitive phenotypes of CaATIR1-silenced pepper plants. These results suggest that CaATIR1 positively modulates ABA signaling and drought response via promoting the degradation of CaATBZ1. Taken together, my results demonstrate that the degradation of bZIP transcription factors mediated by CaASRF1 or CaATIR1 has a crucial role in ABA-mediated drought stress response in pepper plants.
Plants have evolved complex defense mechanisms to adapt and survive under adverse growth conditions. Abscisic acid (ABA) is a phytohormone that plays a pivotal role in the stress response, especially regulation of the stomatal aperture in response to drought stress. Recent reports have identified that stress-responsive proteins including ABA signaling components are largely influenced by ubiquitin-mediated regulation of protein stability. In this thesis, I characterized that pepper E3 ligases and their target bZIP transcription factors modulate ABA-mediated drought stress response. First, I identified the pepper CaASRF1 (Capsicum annuum ABA Sensitive RING Finger E3 ligase 1) gene. I found that CaASRF1 contains a C3H2C3 type RING finger domain, which functions as an E3 ligase by attaching ubiquitins to the substrate target proteins. CaASRF1 expression was enhanced after exposure to ABA, drought, and NaCl. I investigated the biological function of this protein using virus-induced gene silencing (VIGS) in pepper plants and by generating overexpressing transgenic Arabidopsis plants. Phenotype analyses revealed that CaASRF1 positively regulates ABA signaling and the drought stress response. Moreover, CaASRF1 interacted with and was associated with degradation of the pepper bZIP transcription factor CaAIBZ1 (Capsicum annuum ASRF1-Interacting bZIP transcription factor 1). Contrary to CaASRF1 phenotypes, CaAIBZ1-silenced pepper plants and CaAIBZ1-overexpressing Arabidopsis plants exhibited drought-tolerant and drought-sensitive phenotypes, respectively. These results indicate that CaASRF1 positively modulates ABA signaling and drought stress response via modulation of CaAIBZ1 stability. Second, I performed yeast two-hybrid (Y2H) screening to identify an additional target protein of CaASRF1. As a result, pepper CaATBZ1 (Capsicum annuum ASRF1 target bZIP transcription factor 1), which belongs to the subgroup A bZIP transcription factors, was found. The loss-of-function and gain-of-function studies revealed that CaATBZ1 negatively modulates ABA signaling and drought stress response. Consistent with CaATBZ1-silenced pepper plants, CaASRF1/CaATBZ1-silenced pepper plants displayed drought-tolerant phenotypes via ABA-mediated signaling. These results suggest that CaASRF1 functions upstream of CaATBZ1. Third, I conducted yeast two-hybrid (Y2H) screening with CaATBZ1 to isolate an additional modulator, identified as CaATIR1 (Capsicum annuum ATBZ1 Interacting RING finger protein 1). CaATIR1 has E3 ligase activity and promoted CaATBZ1 degradation using the 26S proteasome system. CaATIR1-silenced pepper plants showed ABA insensitive and drought sensitive phenotypes, while CaATIR1-overexpressing plants showed the opposite phenotypes. Additionally, CaATBZ1-silencing rescued the ABA insensitive and drought sensitive phenotypes of CaATIR1-silenced pepper plants. These results suggest that CaATIR1 positively modulates ABA signaling and drought response via promoting the degradation of CaATBZ1. Taken together, my results demonstrate that the degradation of bZIP transcription factors mediated by CaASRF1 or CaATIR1 has a crucial role in ABA-mediated drought stress response in pepper plants.
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