Analysis of RGS1 phosphorylation pattern in response to hormones and abiotic stresses in Arabidopsis thaliana

Abstract

Plants utilize receptor-like kinases (RLKs) and the seven-transmembrane protein RGS1 to regulate G protein activity as a core part of their sophisticated defense mechanisms against various stresses. In this study, we explored the regulatory function of the RGS1 protein, a master regulator in G-protein signaling, with a particular focus on the role of phosphorylation at the serine residues. Our findings indicate that phosphorylation of S278 is crucial for fine-tuning several key plant responses. Water deficit assays revealed that the S278E phosphomimetic mutant exhibited increased tolerance, whereas the S278A phospho-null mutant was more susceptible, strongly suggesting that phosphorylation at Ser278 is a vital component of drought stress tolerance. We also discovered that the role of RGS1 in other hormonal pathways is complex. While our dark germination assays did not yield significant differences between mutants and the wild type, our results with ABA showed that phosphorylation at Ser278 may attenuate the previously reported hypersensitivity effect of the hormone. The results of the response to osmotic and saline stress could not be interpreted. However, protein-protein interaction studies using BiFC assays demonstrated that the RGS1-BAK1 complex dynamically dissociates upon the perception of immune (flg22) and brassinosteroid signals, with evidence suggesting that phosphorylation influences these interactions. These results highlight RGS1 as a sophisticated regulatory hub, whose function is precisely controlled by multi-site phosphorylation to modulate plant responses to a wide array of environmental and hormonal cues. Keywords: G-protein-mediated signaling, serine, phosphomimetic, ABA, brassinosteroidsAs plantas utilizam quinases semelhantes a receptores (RLKs) e a proteína de sete transmembranas RGS1 para regular a atividade da proteína G como parte essencial de seus sofisticados mecanismos de defesa contra vários tipos de estresse. Neste estudo, exploramos a função reguladora da proteína RGS1, um regulador mestre na sinalização da proteína G, com foco particular no papel da fosforilação nos resíduos de serina. Nossas descobertas indicam que a fosforilação de S278 é crucial para o ajuste fino de várias respostas importantes das plantas. Testes de déficit hídrico revelaram que o mutante fosfomimético S278E apresentou maior tolerância, enquanto o mutante fosfo-nulo S278A foi mais suscetível, sugerindo fortemente que a fosforilação em Ser278 é um componente vital da tolerância ao estresse hídrico. Também descobrimos que o papel do RGS1 em outras vias hormonais é complexo. Embora nossos ensaios de germinação no escuro não tenham produzido diferenças significativas entre os mutantes e o tipo selvagem, nossos resultados com ABA mostraram que a fosforilação em Ser278 pode atenuar o efeito de hipersensibilidade do hormônio relatado anteriormente. Os resultados da resposta ao estresse osmótico e salino não puderam ser interpretados. No entanto, estudos de interação proteína-proteína usando ensaios BiFC demonstraram que o complexo RGS1-BAK1 se dissocia dinamicamente após a percepção de sinais imunológicos (flg22) e brassinosteroides, com evidências sugerindo que a fosforilação influencia essas interações. Esses resultados destacam o RGS1 como um sofisticado centro regulador, cuja função é controlada com precisão pela fosforilação em vários locais para modular as respostas das plantas a uma ampla gama de estímulos ambientais e hormonais. Palavras-chave: Sinalização mediada pela proteína G, serina, fosfomimético, ABA, brassinosteroides