Phosphorylation of 1-Aminocyclopropane-1-Carboxylic Acid Synthase by MPK6, a Stress-Responsive Mitogen-Activated Protein Kinase, Induces Ethylene Biosynthesis in Arabidopsis[W]

1-氨基环丙烷-1-羧酸 生物化学 生物 激酶 MAPK/ERK通路 烟草 拟南芥 细胞生物学 乙烯 拟南芥 磷酸化 突变体 生物合成 蛋白激酶A ATP合酶 基因 催化作用
作者
Yidong Liu,Shuqun Zhang
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:16 (12): 3386-3399 被引量:821
标识
DOI:10.1105/tpc.104.026609
摘要

Abstract Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are implicated in regulating plant growth, development, and response to the environment. However, the underlying mechanisms are unknown because of the lack of information about their substrates. Using a conditional gain-of-function transgenic system, we demonstrated that the activation of SIPK, a tobacco (Nicotiana tabacum) stress-responsive MAPK, induces the biosynthesis of ethylene. Here, we report that MPK6, the Arabidopsis thaliana ortholog of tobacco SIPK, is required for ethylene induction in this transgenic system. Furthermore, we found that selected isoforms of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase (ACS), the rate-limiting enzyme of ethylene biosynthesis, are substrates of MPK6. Phosphorylation of ACS2 and ACS6 by MPK6 leads to the accumulation of ACS protein and, thus, elevated levels of cellular ACS activity and ethylene production. Expression of ACS6DDD, a gain-of-function ACS6 mutant that mimics the phosphorylated form of ACS6, confers constitutive ethylene production and ethylene-induced phenotypes. Increasing numbers of stress stimuli have been shown to activate Arabidopsis MPK6 or its orthologs in other plant species. The identification of the first plant MAPK substrate in this report reveals one mechanism by which MPK6/SIPK regulates plant stress responses. Equally important, this study uncovers a signaling pathway that modulates the biosynthesis of ethylene, an important plant hormone, in plants under stress.
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