类固醇可以像刺激人类运动员那样刺激植物生长，但是其通过调控基因来促进植物细胞生长发育的分子信号传导系统远远比人类和动物细胞中的复杂。卡内基研究院的植物生物学家的一项新研究利用了一种新兴的分子方法——称为蛋白质组学——发现了这种类固醇信号传导链中的关键环节。理解这些植物激素如何激活基因，不仅可能提高产量，而且还可能带来关于类固醇如何调控植物和动物细胞生长的新见解。
这项由卡内基研究院植物生物学部的Zhi-Yong Wang (王志勇)、Wenqiang Tang (汤文强)以及7位共同作者进行的研究发表在7月25日出版的《科学》（Science）杂志上。
被称为油菜素内酯的植物类固醇是植物界普遍存在的重要激素。它们调控生长和发育的许多方面，而缺乏油菜素内酯的突变种常常极端矮小和不育。油菜素内酯在很多方面都和动物类固醇相似，但是在细胞水平上的运作方式显然非常不同。动物细胞利用细胞核内的内部受体分子对类固醇做出响应，而在植物中，受体被固定在了细胞膜的外表面，而调控的目标是细胞核中的基因。科学家面临的一个挑战是如何弄清这些激素信号从细胞表面受体传递到细胞核中发挥作用的每个步骤。过去的研究中，科学家们使用传统的遗传学方法发现了油菜素内酯信号传导路径的几个组成部分。然而， 由于遗传冗余性(多个基因在细胞中扮演相同的角色)等因素的限制，遗传学方法无法发现一个信号传导路径的所有组成部分。
为了发现这条信号传导链的各环节，这组科学家使用了蛋白质组学技术。“蛋白质组学类似于基因组学，”Wang说。“在基因组学中，我们的目标是全面调查基因组中的所有基因。在蛋白质组学中，我们测绘蛋白质。”由于仅仅在一个生物体中就可能有成千上万种不同的蛋白质，蛋白质组学需要使用诸如双向凝胶电泳等技术。双向凝胶电泳可以根据蛋白质大小和电荷的差异而一次分离和处理数千种蛋白质。
但是即便使用了这些方法，分离低丰度的信号传导蛋白质仍然是一个令人生畏的任务。“此前试图发现这些分子的尝试失败了，因为这些蛋白被丰度更高的蛋白质淹没了。”Wang说。“但是由于我们知道这些蛋白会与细胞膜结合，我们设法把细胞膜和细胞的其它部分分开，然后只分析细胞膜部分。而这种方法成功了。”
这项研究把目标对准了一类称为激酶的蛋白质，它们通过用磷酸基团修饰其他蛋白来传递信号。电泳分析发现了一组对油菜素内酯的存在做出响应的激酶。该组科学家将这些蛋白质命名为BSKs（油菜素内酯信号传导激酶）。进一步的分析证实了它们在油菜素内酯信号传导过程中的关键功能。
“BSKs是首次用定量蛋白质组学方法在植物中发现的信号传导主要组成部分。”Wang说。“发现这些蛋白质填补了油菜素内酯信号传导路径的一个大空白，而且可能对于我们理解植物的其他信号传导过程也有重大意义。植物基因组编码数百种细胞表面的受体，但是缺失的重要环节是它们怎样与细胞内信号传导级联之间相联系。植物细胞也含有相当数量的与BSKs类似的蛋白质，因此这使人们推测它们就是那些缺失的环节。”Wang的发现不仅帮助确立了植物类固醇信号传导路径的关键环节，而且还可能为植物激酶信号传导以及一般的细胞表面受体介导的类固醇信号传导提供一个新的范式。更重要的是，Wang的研究成功展示的这种蛋白质组学方法将对其他信号传导路径的研究产生重大影响。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Science，Vol. 321. no. 5888, pp. 557 - 560，Wenqiang Tang，Zhi-Yong Wang
BSKs Mediate Signal Transduction from the Receptor Kinase BRI1 in Arabidopsis
Wenqiang Tang,1 Tae-Wuk Kim,1 Juan A. Oses-Prieto,2 Yu Sun,1 Zhiping Deng,1 Shengwei Zhu,1,3 Ruiju Wang,1,4 Alma L. Burlingame,2 Zhi-Yong Wang1*
Brassinosteroids (BRs) bind to the extracellular domain of the receptor kinase BRI1 to activate a signal transduction cascade that regulates nuclear gene expression and plant development. Many components of the BR signaling pathway have been identified and studied in detail. However, the substrate of BRI1 kinase that transduces the signal to downstream components remains unknown. Proteomic studies of plasma membrane proteins lead to the identification of three homologous BR-signaling kinases (BSK1, BSK2, and BSK3). The BSKs are phosphorylated by BRI1 in vitro and interact with BRI1 in vivo. Genetic and transgenic studies demonstrate that the BSKs represent a small family of kinases that activate BR signaling downstream of BRI1. These results demonstrate that BSKs are the substrates of BRI1 kinase that activate downstream BR signal transduction.
1 Department of Plant Biology, Carnegie Institution of Washington, Stanford, CA 94305, USA.
2 Department of Pharmaceutical Chemistry, University of California, San Francisco, CA 94143, USA.
3 Key Laboratory of Photosynthesis and Environmental Molecular Biology, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China.
4 Institute for Molecular Biology, College of Life Science, Nankai University, Tianjin 300071, China.
