QWRF1蛋白调控微管骨架组织和过氧化物酶体功能参与拟南芥适应盐胁迫的分子机制研究

In plants, salt stress causes an increase in the intracellular level of reactive oxygen species (ROS), leading to tissue injury. Plant peroxisomes maintain key life processes including homeostasis of ROS. The movement and development of peroxisomes in plant cells are dependent on microtubules cytoskeleton and closely related to the production and scavenging of ROS. In addition, recent evidences indicate that microtubules play a role in peroxisome proteins import. However, the relationship of cortical microtubules arrangement, peroxisomes and ROS homeostasis during plant adaptation to salt stress remains largely unknown. Through genetic screening of Arabidopsis thaliana mutants that are sensitive to salt stress, we identified QWRF1 as a candidate negative regulator of reactive oxygen species (ROS) in response to salt stress. QWRF1 is a member of a largely uncharacterized protein family QWRF unique to the plant kingdom. Our studies have shown that the QWRF family of Arabidopsis thaliana co-localize with cortical microtubules. Research objective of this project is to identify QWRF1 as a protein dually targeted to cortical microtubules and peroxisomes. QWRF1 targeting peroxisomes by PTS1 under salt stressful conditions is depended on microtubules, and is helpful to eliminate ROS and improving plant adaption to salt stress.

拟南芥在高盐胁迫下会产生活性氧，而过多的活性氧会对植株造成伤害。过氧化物酶体含有可以消除活性氧的过氧化物酶、过氧化氢酶等。植物细胞中过氧化物酶体的发育和运动，活性氧的平衡与细胞骨架的动态是密切相关的，但是三者在植物适应盐胁迫的过程中是如何协同起作用的仍有待深入解析。申请人前期的研究证明了拟南芥QWRF1蛋白可以结合微管并调控微管的排列组织，其突变体活性氧含量增加且对高盐胁迫敏感。本项目拟分析QWRF1是如何通过调控微管骨架的动态来影响过氧化物酶体发育及其抗氧化酶的活性进而调节了高盐胁迫下活性氧的平衡，使得拟南芥植株增强盐胁迫下的适应性。本项目提出了从微管系统和过氧化物酶体发育的协同互作研究植物耐受盐胁迫机制的新思路，研究结果将提出植物适应盐胁迫的新的细胞生物学机制，对深入了解植物适应盐胁迫的调控机理有重要的科学理论意义。

花器官的生长对其形态建成以及行使正常功能至关重要。细胞完成增殖后紧接着进行细胞的扩张生长，然而花器官生长调控的分子机制仍然未知。最近的研究发现周质微管可以通过响应生长发育产生的机械力，参与调控萼片的生长发育。此外，微管结合蛋白通过影响周质微管的排列和稳定性，也能够影响花瓣的大小和形态。然而，周质微管在花器官生长发育以及育性中的作用机制还不清楚。本研究发现植物特有的QWRF家族中同源性较高的两个成员QWRF1和QWRF2在花器官生长以及植株受精过程中发挥重要作用。二者功能同时丧失可导致花丝和花瓣中周质微管排列发生改变以及花器官生长缺陷，如花丝变短、花器官排列异常等。花器官生长及排列的异常造成的物理障碍影响自然授粉，从而导致双突变体结实率下降。QWRF1和QWRF2在体内的表达模式十分相似，进一步研究发现二者都是微管结合蛋白，通过调控周质微管的排列和细胞的各向异性生长，进而影响花器官的生长以及植株育性。