植物TOR激酶响应上游信号的研究进展 植物学报    2022, 57 (1): 1-11.   DOI: 10.11983/CBB21183

图2 植物TOR复合体1的上游调控因子
植物TOR复合体1感知多重上游信号, 并可能以二聚体的形式发挥作用。其中糖-能量信号、氮/磷/硫营养信号、生长素-ROP2信号以及赤霉素信号是TOR上游的激活信号; 脱落酸-SnRK2信号和冷胁迫信号是TOR上游的抑制信号; 不同病毒对TOR的作用不同, 既有促进也有抑制。FKBP12-雷帕霉素和ATP竞争性抑制剂Torin1/2、AZD8055、WYE132/354以及KU-63794均可特异且高效地抑制TOR激酶活性。红色箭头代表激活作用, 绿色T形线条代表抑制作用, 黑色线条代表兼具激活和抑制作用。

正文中引用本图/表的段落

为避开胚胎致死, Deprost等(2007)利用RNA干扰技术(RNAi)构建了TOR的乙醇或雌二醇诱导沉默株系, 从而能在植物发育的不同阶段通过施加相应诱导剂来控制TOR的表达水平。p70 S6K1 (ribosomal protein S6 kinase1)是动物中保守的TOR激酶底物, 其T389位点可被TOR特异磷酸化(Laplante and Sabatini, 2012)。拟南芥S6K1-T449位点对应人体中TOR特异磷酸化的S6K1-T389位点, 研究发现拟南芥TOR激酶同样能够特异磷酸化S6K1-T449位点, 而在雌二醇RNAi-tor诱导沉默株系中, S6K1-T449磷酸化水平显著下降, 因此该位点的磷酸化水平可指示内源TOR的活性(Xiong and Sheen, 2012)。利用更加灵敏的荧光互补实验, 研究人员发现拟南芥中雷帕霉素同样可特异性诱导FKBP12与TOR的FRB结构域相互作用; 当用相对于动物研究中更高浓度的雷帕霉素处理植物幼苗时, 植株各方面的生长发育均受到显著抑制, 与RNAi-tor诱导沉默的表型十分类似; 同时, 雷帕霉素处理可迅速并特异地抑制拟南芥S6K1- T449位点的磷酸化水平, 表明其仍可作为有效的化学抑制剂用于植物TOR的研究(Xiong and Sheen, 2012, 2014)。随后, 越来越多的基于动物TOR激酶结构域的ATP竞争性结合抑制剂(如Torin1、Torin2、AZD8055、WYE132、WYE354和KU-63794)被开发应用, 并被证明同样可特异高效地抑制植物TOR激酶活性(Shi et al., 2018) (图2)。近10年来, 借助各种转录组学、蛋白质互作组学和磷酸化组学等研究方法, 植物TOR的研究得以迅猛发展(Xiong et al., 2013; Van Leene et al., 2019), 揭示出很多动植物保守以及植物中特有的TOR信号通路。

营养信号通路是维持生命最原始且最基本的机制。大量研究表明, 无论是动物还是植物, 充足的营养可激活TOR; 营养匮乏时, TOR的活性则急剧下降(Dobrenel et al., 2016; Saxton and Sabatini, 2017; Wu et al., 2019)。生长因子是动物中保守的TOR上游促进信号, 植物中的生长因子通常指植物激素(Burkart and Brandizzi, 2021)。TOR感知以糖和氮/磷/硫为代表的营养元素及以生长素(auxin)和赤霉素(GA)为代表的促生长激素, 进而多维度和多层级地调控植物的生长发育(图2)。

本文的其它图/表

• 图1 动、植物中TOR蛋白的结构域和复合体组分
  (A) 动、植物中TOR复合体1 (TORC1)。TORC1主要包含TOR、RAPTOR及LST8三个组分。动、植物中的TOR蛋白高度保守, 均由HEAT重复域、FAT、FRB、激酶域及FATC五个结构域组成。其中, HEAT重复域与RAPTOR结合; 激酶域与LST8结合; FRB结构域可被FKBP12介导与雷帕霉素结合。(B) 动物中TOR复合体2 (TORC2)。动物TORC2主要包含TOR、RICTOR、SIN1及LST8四个组分。其中RICTOR与SIN1互作并与HEAT重复域结合, LST8同样与激酶域结合。而尚未在植物中鉴定到RICTOR和SIN1的同源基因, 暗示TORC2在植物中可能不保守。