拟南芥MKK7介导的植物株型调控机理研究

高等植物株型形成的分子基础是高等植物生长发育研究中的基本科学问题，具有十分重要的理论意义与生产应用价值。株型主要由植物茎的分枝系统所决定，其形成包括两个发育阶段：腋芽的形成及其随后的伸长生长与发育。通过T－DNA插入诱变，本实验室得到了矮小丛生拟南芥突变体bud1。前期的研究工作表明，BUD1编码MKK7, 是D组MAPKK中四个成员之一，其突变本质为MKK7的过量表达激活下游信号。本项目以前期研究结果为基础，拟通过系统鉴定和深入研究MKK7激活MAPK及其下游基因和激活MKK7的上游基因MAPKKK, 阐明MAPK级联信号途径调控高等植物侧芽伸长生长以及MAPK影响植物生长素IAA极性运输的分子机理，阐明植物侧芽伸长生长和顶端优势形成的分子机理，为农作物株型育种提供理论指导。

Mitogen-activated protein kinase (MAPK)级联信号途径是真核生物重要和保守的信号转导方式，参与调节生物体内很多重要的生物学过程，在高等植物中主要包括生物体对各种生物和非生物胁迫、激素介导的植物生长发育过程等。MAPK信号能够通过三级级联的方式，即MAPKKK, MAPKK和MAPK逐级磷酸化，连接上游的受体信号和下游的调控底物。拟南芥基因组拥有60个MAPKKKs，10个MAPKKs和 20个MAPKs。各级级联组分的不对等的数目使得MAPK级联信号的特异性成为该领域最具挑战性的问题之一。我们实验室分离获得的拟南芥矮小丛生突变体bud1的已有研究结果表明，控制该性状的BUD1基因编码拟南芥MAPK级联信号途径的成员MKK7。MKK7通过负调控生长素极性运输影响植物的株型，同时又可以促进水杨酸的合成而引起植物基础和获得性的抗性，暗示MKK7控制多条下游信号通路。体外磷酸化实验证明MPK3和MPK6是MKK7的下游底物。通过本项目的实施，我们证明了在植物体内存在MKK7可以磷酸化MPK3和MPK6，并解析了MKK7-MPK3 和 MKK7-MPK6两个级联信号的特异性。我们的结果表明， MKK7-MPK6特异调控植物的生长发育，包括分枝形成、重力反应、花丝伸长及侧根形成等。深入的研究揭示生长素运输载体PIN1是MKK7-MPK6直接磷酸化底物。MKK7-MPK6通过磷酸化PIN1调控生长素极性运输，从而影响生长素分布，调控植物分枝的形成。我们的结果还阐明MKK7-MPK3信号途径可以特异性调控SA的合成参与植物的抗病性反应。正在进行的MKK7-MPK3和MKK7-MPK6下游特异性底物的筛选将进一步阐明这两天级联信号行驶功能的分子机制。