拟南芥REN2在花粉管极性生长过程中的功能研究

Tip growing pollen tubes serve as a model system to study the regulatory mechanisms of plant cell polar growth, which is important to cell morphogenesis and to overall plant growth and development. It is well known that ROP1 is activated at the apical plasma membrane and regulates Ca2+ concentration and actin dynamics to manipulate the vesicle targeting and exocytosis, subsequently to maintain pollen tube tip growth. We obtained a putative ROP1 enhancer, ren2, from a genetic screen. Knocking down of REN2 enhanced the ROP1-overexpression-induced depolarized growth of pollen tubes. Expression of GFP tagged REN2 revealed that REN2 is likely localized to some endomembrane compartments in pollen tubes. In this project, we will investigate if REN2 is involved in the vesicle trafficking during the tip growth. In addition, we will study the functional interaction between REN2 and ROP1 signaling network in pollen tubes. We propose REN2 may act together with F-actin and vesicle trafficking in the negative-feedback regulation of ROP1 signaling.

植物细胞极性生长对于植物整体的生长发育至关重要。以往的研究发现，ROP1信号网络通过对Ca2+、微丝和囊泡运输等的调控在维持花粉管顶端生长过程中发挥重要功能。申请人课题组筛选到一个可能的ROP1增强子突变体，该突变体由于REN2（Rop1 enhancer 2）的表达显著下降导致ROP1过量表达所诱导的花粉管去极性生长表型明显增强。序列比对发现REN2编码一个植物中特有的功能未知蛋白，初步研究发现REN2在花粉管中呈颗粒状分布，可能定位在某种类型的内膜区室上。本项目将对拟南芥REN2在花粉管中囊泡上的特异定位，其与微丝骨架的相互关系，以及其对ROP活性的调控等问题开展研究，以期阐明该蛋白参与对ROP1信号的反馈调控，控制花粉管极性生长的重要机制。研究结果在植物细胞极性生长调控机理的研究方面有重要的科学理论意义。

植物细胞极性生长对于植物整体的生长发育至关重要。以往的研究发现，ROP1信号网络通过对Ca2+、微丝和囊泡运输等的调控在维持花粉管顶端生长过程中发挥重要功能。我们通过筛选ROP1增强子突变体，发现由于REN2（Rop1 enhancer 2）的表达显著下降导致ROP1过量表达所诱导的花粉管去极性生长表型明显增强。进一步的研究发现过量表达REN2会在一定程度上抑制CA-ROP1花粉管的顶端膨大，说明REN2是ROP1信号途径的一个抑制因子。体外的生化实验和显微镜观察发现REN2可以结合微管，而在花粉管内表达荧光标记的REN2能看到其与某些囊泡部分共定位上。研究还发现，REN2参与调控了与囊泡运输相关的RabA4d的定位，从而影响对植物特有的一类Rho GAP—REN1的定位。因此，我们提出REN2通过对囊泡运输的调控，调节ROP1的负调控因子REN1的定位，从而调控ROP1的活性，在花粉管顶端生长过程中发挥重要作用。这一研究有助于更好的理解植物细胞极性生长的调控机理，具有重要的科学理论意义。