Nuclear-Localized and Deregulated Calcium- and Calmodulin-Dependent Protein Kinase Activates Rhizobial and Mycorrhizal Responses in Lotus japonicus

生物 莲藕 细胞生物学 钙调蛋白 共生 莲花 信号转导 植物 生物化学 遗传学 细菌
作者
Naoya Takeda,Takaki Maekawa,Makoto Hayashi
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:24 (2): 810-822 被引量:98
标识
DOI:10.1105/tpc.111.091827
摘要

The common symbiosis pathway is at the core of symbiosis signaling between plants and soil microbes. In this pathway, calcium- and calmodulin-dependent protein kinase (CCaMK) plays a crucial role in integrating the signals both in arbuscular mycorrhizal symbiosis (AMS) and in root nodule symbiosis (RNS). However, the molecular mechanism by which CCaMK coordinates AMS and RNS is largely unknown. Here, we report that the gain-of-function (GOF) variants of CCaMK without the regulatory domains activate both AMS and RNS signaling pathways in the absence of symbiotic partners. This activation requires nuclear localization of CCaMK. Enforced nuclear localization of the GOF-CCaMK variants by fusion with a canonical nuclear localization signal enhances signaling activity of AMS and RNS. The GOF-CCaMK variant triggers formation of a structure similar to the prepenetration apparatus, which guides infection of arbuscular mycorrhizal fungi to host root cells. In addition, the GOF-CCaMK variants without the regulatory domains partly restore AMS but fail to support rhizobial infection in ccamk mutants. These data indicate that AMS, the more ancient type of symbiosis, can be mainly regulated by the kinase activity of CCaMK, whereas RNS, which evolved more recently, requires complex regulation performed by the regulatory domains of CCaMK.
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