干旱、盐胁迫以及低温等非生物逆境导致植物受到渗透胁迫，造成作物生产巨大损失，危害粮食生产安全。渗透胁迫所激发的生物信号是复杂和多元的，感应信号的分子元件常具功能冗余，使得渗透信号研究成为植物非生物逆境生物学的难点之一。

目前发现SnRK2蛋白激酶被渗透信号快速激活，是植物渗透胁迫应答途径的关键激酶，介导ABA信号传导和整体胁迫应答。非胁迫条件下，SnRK2激酶被PP2C蛋白磷酸酶持续抑制。胁迫条件下，其激活需要两步：第一步是解除PP2C的抑制；第二步是RAF等激酶介导的激活。在ABA信号中，SnRK2的释放依赖于ABA受体PYL。然而，渗透介导的SnRK2释放不依赖于PYL，其机制尚不清楚。对渗透胁迫下SnRK2解抑制机制的研究，有助于鉴定新的渗透信号上游元件，并为植物抗逆遗传改良提供新的策略和潜在靶点。

2024年10月21日，国际学术期刊The EMBO Journal杂志发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心、植物高效碳汇重点实验室（中国科学院）赵杨研究组题为“Osmotic signaling releases PP2C-mediated inhibition of SnRK2s via the receptor-like cytoplasmic kinase BIK1”的研究论文。该研究从分子层面揭示了渗透胁迫下BIK1解抑制SnRK2的调控机制。

基于SnRK2解抑制关键元件可能响应渗透信号结合SnRK2或者PP2C的假设，研究人员筛选到一类类受体胞质蛋白激酶BIK1/PBL家族多个成员在渗透胁迫处理后与SnRK2.6结合。在bik1突变体中，渗透诱导的SnRK2的激活低于野生型，而ABA诱导的SnRK2的激活强于野生型。通过酵母三杂交实验、荧光素酶互补实验以及体外磷酸化实验，发现BIK1参与介导SnRK2的解抑制。利用蛋白磷酸酶ABI1-G180D的突变分析，发现渗透和ABA信号介导的SnRK2.6的释放，通过影响SnRK2.6-ABI1结合的不同界面实现。

BIK1磷酸化修饰SnRK2.6两个酪氨酸残基：Y163和Y182。通过AlphaFold 3模拟SnRK2.6的酪氨酸磷酸化修饰，发现该修饰导致SnRK2.6与ABI1的互作界面发生了翻转，表明SnRK2.6逃离ABI1的抑制可能是通过两个酪氨酸残基的磷酸化修饰实现的。由于酪氨酸位点的特殊性，难以通过点突变模拟酪氨酸位点磷酸化后的状态。SnRK2.6的Y182D和Y182F突变均导致其丧失激酶活性。然而，Y163F突变的SnRK2.6的激酶活性增强，且ABI1和PP2CA对其抑制减弱，可以作为作物抗逆遗传改良靶点。PP2C磷酸酶抑制SnRK2.6可能通过一个保守的色氨酸残基，将该氨基酸突变为极性的精氨酸（R）或者非极性的丙氨酸（A），其与SnRK2.6的互作减弱，且对SnRK2.6的激酶活性抑制能力下降。这些结果说明Y163和Y182残基对PP2C-SnRK2互作的重要性，并为调控作物抗旱性提供重要的基因编辑靶点。

综上，该研究通过自下而上的研究方法，鉴定到渗透信号解抑制SnRK2.6的核心蛋白激酶BIK1，并发现BIK1通过磷酸化SnRK2.6的两个酪氨酸残基，解除了PP2C磷酸酶对SnRK2的抑制。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士研究生李国军和中国科学技术大学副研究员陈控为该论文共同第一作者，赵杨研究员为通讯作者。赵杨组原助理研究员孙姝璟在SnRK2.6转基因回补实验中做出了重要贡献。该项研究得到中国科学院先导科技专项、上海市科学技术委员会和中国科学院分子植物科学卓越创新中心逆境生物学研究中心的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44318-024-00277-0

渗透胁迫下BIK1解抑制SnRK2.6的模式图