The LRR receptor-like kinase ALR1 is a plant aluminum ion sensor

生物 拟南芥 细胞生物学 NADPH氧化酶 信号转导 受体 磷酸化 活性氧 激酶 突变体 生物化学 基因
作者
Zhong Jie Ding,Chen Xu,Jing Ying Yan,Yu Xuan Wang,Meng Cui,Jun Yuan,Ya Nan Wang,Guixin Li,Jian Xiang Wu,Yunrong Wu,Ji Ming Xu,Chun Xiao Li,Yuanzhi Shi,Chuan Zao Mao,Jiang Tao Guo,Jian‐Min Zhou,Moussa Benhamed,Nicholas P. Harberd,Shao Jian Zheng
出处
期刊:Cell Research [Springer Nature]
卷期号:34 (4): 281-294 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41422-023-00915-y
摘要

Abstract Plant survival requires an ability to adapt to differing concentrations of nutrient and toxic soil ions, yet ion sensors and associated signaling pathways are mostly unknown. Aluminum (Al) ions are highly phytotoxic, and cause severe crop yield loss and forest decline on acidic soils which represent ∼30% of land areas worldwide. Here we found an Arabidopsis mutant hypersensitive to Al. The gene encoding a leucine-rich-repeat receptor-like kinase, was named Al Resistance1 (ALR1). Al ions binding to ALR1 cytoplasmic domain recruits BAK1 co-receptor kinase and promotes ALR1-dependent phosphorylation of the NADPH oxidase RbohD, thereby enhancing reactive oxygen species (ROS) generation. ROS in turn oxidatively modify the RAE1 F-box protein to inhibit RAE1-dependent proteolysis of the central regulator STOP1, thus activating organic acid anion secretion to detoxify Al. These findings establish ALR1 as an Al ion receptor that confers resistance through an integrated Al-triggered signaling pathway, providing novel insights into ion-sensing mechanisms in living organisms, and enabling future molecular breeding of acid-soil-tolerant crops and trees, with huge potential for enhancing both global food security and forest restoration.
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