COST1 regulates autophagy to control plant drought tolerance

自噬 细胞生物学 生物 耐旱性 拟南芥 调节器 自噬体 拟南芥 信号转导 蛋白酶体 突变体 基因 生物化学 植物 细胞凋亡
作者
Yan Bao,Wei-Meng Song,Peipei Wang,Xiang Yu,Bei Li,Chunmei Jiang,Shin-Han Shiu,Hongxia Zhang,Diane C. Bassham
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:117 (13): 7482-7493 被引量:70
标识
DOI:10.1073/pnas.1918539117
摘要

Plants balance their competing requirements for growth and stress tolerance via a sophisticated regulatory circuitry that controls responses to the external environments. We have identified a plant-specific gene, COST1 ( constitutively stressed 1 ), that is required for normal plant growth but negatively regulates drought resistance by influencing the autophagy pathway. An Arabidopsis thaliana cost1 mutant has decreased growth and increased drought tolerance, together with constitutive autophagy and increased expression of drought-response genes, while overexpression of COST1 confers drought hypersensitivity and reduced autophagy. The COST1 protein is degraded upon plant dehydration, and this degradation is reduced upon treatment with inhibitors of the 26S proteasome or autophagy pathways. The drought resistance of a cost1 mutant is dependent on an active autophagy pathway, but independent of other known drought signaling pathways, indicating that COST1 acts through regulation of autophagy. In addition, COST1 colocalizes to autophagosomes with the autophagosome marker ATG8e and the autophagy adaptor NBR1, and affects the level of ATG8e protein through physical interaction with ATG8e, indicating a pivotal role in direct regulation of autophagy. We propose a model in which COST1 represses autophagy under optimal conditions, thus allowing plant growth. Under drought, COST1 is degraded, enabling activation of autophagy and suppression of growth to enhance drought tolerance. Our research places COST1 as an important regulator controlling the balance between growth and stress responses via the direct regulation of autophagy.

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