拟南芥RopGAPs对生长素介导的植物发育的调控

Auxin is essential for regulating a wide range of plant growth and developmental processes, including embryo patterning; root apical meristem establishment and maintenance; lateral root iniation; floral meristem formation etc. Auxin acheives its actions by activating/repressing directly or in directly a large number of genes to carry out the functions. RAC/ROP small GTPases act as the molecular switches in the regulation of plant growth and development. Our previous studies show that an activator of RAC/ROPs, RopGEF7 and a subset of RAC/ROPs are integral components of auxin signaling network, which contribute to the expression of auxin-responsive genes and plant organogenesis （Plant Cell, Vol., 23:2880-2894, 2011）. In this project, RopGAPs which are negative regulators of RAC/ROPs will be of our particular interest for further investivation on the mechanism of RAC/ROP interaction with auxin pathway.This project takes a combined molecular, cell biological and genetic approach to understand thoroughly how Arabidopsis RopGAPs interact with downstream components and exploit previously unrecognized regulatory network . The expected results from this work will provide the new insights into the molecular bases of plant growth and development.

生长素在植物生长与发育（如胚胎的发育、根分生组织的建立与维持、侧根的发生、花序分生组织的形成等）过程中发挥着至关重要的调节作用。小G蛋白（small GTPases）RAC/ROP是植物生长发育的重要分子开关，申请者近期发表在Plant CeLL 上的文章报道了RAC/ROP活化因子RopGEF7和RAC/ROP是生长素通路的整合因子，影响生长素介导的基因表达和植物的器官发生。本项目通过研究RAC/ROP的阴性调节蛋白RopGAP的功能，深入研究RAC/ROP信号途径与生长素途径的互作机制。本项目将综合运用分子生物学、分子细胞生物学和反向遗传学等综合手段，以拟南芥为材料，研究CRIB结构域RopGAP的功能并研究它们与下游信号组分相互作用的关系，进一步解析其分子调控网络。本项目的实施将加深我们对生长素作用分子机理的理解， 对植物生长生长发育的调控有重要的科学理论意义。

生长素在植物生长与发育（如胚胎的发育、根分生组织的建立与维持、侧根的发生、花序分生组织的形成等）过程中发挥着至关重要的调节作用。小G蛋白（small GTPases）RAC/ROP是植物生长发育的重要分子开关，生长素迅速激活ROP转变为活化状态，但是ROP信号途径调控生长素的精细机制尚不清楚。本项目通过研究RAC/ROP的阴性调节蛋白RopGAP的功能，深入研究RAC/ROP信号途径与生长素途径的互作机制。本项目综合运用了分子生物学、分子细胞生物学和反向遗传学等综合手段，以拟南芥为材料，研究CRIB结构域RopGAP的功能并研究它们与下游信号组分相互作用的关系，解析其分子调控网络。我们对其中一个RopGAP互作蛋白ROP3的功能进行详细研究， 结果显示ROP3特异性调控生长素输出载体PIN1和PIN3的极性。ROP3负显性突变或功能敲除导致PIN1-GFP和PIN3-GFP不能正确定位在根中柱细胞的底膜，而是定位于细胞的顶膜。除了PIN蛋白极性的改变，PIN1和PIN3在突变体根细胞积累减少。囊泡运输抑制剂BFA处理和洗脱实验显示ROP3不影响PIN1和PIN3的内吞，但影响PIN再循环回流到质膜的过程。再循环受到影响的PIN蛋白可能进入液泡，在其中被降解。由于ROP3调控PIN极性建立，从而控制了PIN介导的生长素浓度高峰 (Auxin maxima)的形成，进一步调控模式形成基因如MP/ARF5, PLT1与PLT2的表达，进而影响胚胎与幼苗的发育。本项目的研究揭示了ROP信号途径在生长素极性运输调控机制中的重要作用，为生长素介导的植物器官形成与生长发育提供了新的见解。