Calcium-regulated transcription in plant innate immunity : interplay between CAMTA3 and MAPKs and CDPKs

Abstract

In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass CAMTA3 nach PAMP-Behandlung schnell phosphoryliert wird und mit den PAMP-responsiven MAPKs MPK3 und MPK6 in vivo interagiert. Mit Hilfe von Massenspektrometrie-Analysen nach in vitro Phosphorylierungsassays konnten mehrere MAPK-Phosphorylierungsstellen identifiziert werden. Die Phosphorylierung von CAMTA3 durch MAPKs führt in vivo zur Relokalisierung vom Zellkern ins Cytoplasma und zum Proteasom-abhängigen Abbau. Parallel dazu kann die PAMP-aktivierte CPK5 mit CAMTA3 interagieren und es an Stellen phosphorylieren, die sich von den MAPK-Phosphorylierungsstellen unterscheiden. In Phosphorylierungsassays in vitro konnte allerdings keine direkte Phosphorylierung von CAMTA3 durch CPK5 nachgewiesen werden. Das vorgeschlagene Arbeitsmodell sieht vor, dass wenigstens zwei unabhängige PAMP-aktivierte Kinase-Signalwege (MAPKs und CPKs) bei CAMTA3 konvergieren und durch Phosphorylierung dessen subzelluläre Relokalisierung und Abbau induzieren. Die Auflösung der Bindung von CAMTA3 an die Promotoren Abwehr-relevanter Gene resultiert in deren erhöhter Expression. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern weitere Hinweise auf die negative Rolle von CAMTA3 innerhalb der pflanzlichen Abwehr-Signalwege und zeigen die Kontrolle seiner Funktion durch Phosphorylierung.

CAMTA3 was shown to be rapidly phosphorylated after PAMP treatment. It interacts with the PAMP-responsive MAPKs, MPK3 and MPK6, in vivo. Mass spectrometry, following in vitro phosphorylation assays, identified multiple phospho-sites in CAMTA3 that are directly phosphorylated by MAPKs. In vivo, MAPK-mediated phosphorylation results in subcellular re-localization and proteasome-mediated degradation of CAMTA3. In parallel, the PAMP-activated CPK5, also interacts with CAMTA3 in vivo and also causes CAMTA3 phosphorylation at sites distinct from those targeted by MAPKs. However, in vitro phosphorylation assays did not support a direct phosphorylation of CAMTA3 by CPK5. The proposed working model is that at least two major PAMP-activated kinase pathways (i.e. MAPKs and CDPKs) converge on CAMTA3, where phosphorylation induces CAMTA3 subcellular re-localization and degradation. CAMTA3 is released from defense-related gene promoters and expression of downstream defense genes is de-repressed. This supports the negative role of CAMTA3 in plant innate immune pathways and a phosphorylation-dependent control of its function.