ZmMKK1 phosphorylates ZmCAT2 to regulate H 2 O 2 homeostasis and improve heat stress tolerance in maize

磷酸化 细胞生物学 调节器 信号转导 磷酸化级联 MAPK/ERK通路 过氧化氢酶 激酶 突变体 蛋白激酶A 化学 热应力 表型 生物 活性氧 功能(生物学) 非生物胁迫 p38丝裂原活化蛋白激酶 拟南芥 基因剔除小鼠 平衡 非生物成分 生物化学 内生 丝裂原活化蛋白激酶
作者
Min Chen,Han Zheng,Junmei Ye,Menglong Li,Binyan Yao,Haonan Wu,J. Wang,Haibo Qu,Yafei Meng,Mengya Li,Mingyi Jiang,Haiyang Jiang
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:250 (3): 1722-1739
标识
DOI:10.1111/nph.71045
摘要

Summary High‐temperature stress severely impairs plant growth, compromising crop yield and quality. The mitogen‐activated protein kinase (MAPK) cascade (MAPKKK‐MAPKK‐MAPK) is a highly conserved signaling module involved in plant responses to diverse biotic and abiotic stresses. As the central component, MAPKK plays a critical role in signal transduction. However, its role in heat stress and underlying mechanisms remains poorly understood. This study establishes ZmMKK1 as a crucial regulator of thermotolerance in maize. ZmMKK1 knockout mutants exhibited reduced catalase activity, accumulated higher levels of H 2 O 2 , and displayed hypersensitivity to heat stress. Conversely, ZmMKK1 overexpression significantly enhanced thermotolerance, confirming its positive function in heat defense. Further analysis showed that ZmMKK1 physically interacts with catalase ZmCAT2 and phosphorylates it at Thr352 and Thr421. The phosphomimetic variant ZmCAT2 T352,421D displayed enhanced catalase activity in vitro and in vivo , and rescued the thermosensitive phenotype of zmmkk1 mutants. These results indicate that ZmMKK1‐mediated thermotolerance depends on ZmCAT2 phosphorylation. Our findings reveal that ZmMKK1 activates ZmCAT2 via phosphorylation independently of the canonical MAPK cascade, facilitating reactive oxygen species scavenging and thermotolerance. Together, these results define a non‐canonical mechanism whereby a MAPKK directly phosphorylates a non‐MAPK substrate to confer thermotolerance, offering a new strategy for improving crop stress resistance.
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