植物蓝光信号受体向光素1（PHOTOTROPIN 1）调控笼型蛋白（CLATHRIN）介导内吞运动的分子机理研究

阳光不仅是植物的能量源泉也是一种重要的环境信号，对植物光生理学的研究具有重要的理论意义。植物蓝光受体向光素PHOTOTROPIN 1(PHOT1)是植物感受蓝光并产生茎尖向光性与根尖逆光性的最重要受体蛋白，但其传递信号的机理尚不明确。本项目将在模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）利用隐失波荧光显微术（EWM）和荧光相关光谱检测术（FCS）等新技术，以向光素1(PHOT1)介导的囊泡内吞运动为研究对象，通过分析向光素与笼型蛋白（CLATHRIN）在内吞囊泡中的共定位以及向光素对笼型蛋白包被小泡运动形式的影响，将为了解植物感受光信号的信号传导过程提供新证据，并为植物细胞囊泡运动的调控机理提供新线索。

在国家自然科学基金的支持下，我们根据实验进展过程中发现的新现象和遇到的技术问题，对研究计划做出了合理的调整，并获得本报告所载的科研成果，现简述如下：.对植物而言，可见光不仅仅是一种广泛存在的重要能量源泉，也是一种调控植物生长与发育的环境信号。植物在长期进化过程中，发展出复杂的“感受——分析——应答”系统来充分利用环境光信号，指导植物体本身的生长和发育进程，以最优化的方式利用光能并避免光损伤。其中，向(逆)光性生长是植物对光应答的一种关键模式。.模式植物拟南芥针对不同波长的紫外光、可见光和红外光存在多种不同的受体蛋白。蓝光受体蛋白向光素phototropin 1(phot1)及其信号转导蛋白NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYLS 3 (NPH3) 对蓝光引起的茎向光性弯曲和根逆光性弯曲而言尤为重要。在研究中，利用模式植物拟南芥对植物向(逆)光性生长的分子机制进行了深入研究。本报告分为以下两个部分：(1)对可变角全内反射荧光显微术在植物细胞中的应用作出理论分析(VA-TIRFM，variable angle-total internal reflection fluorescence microscopy)，首次证实该技术可应用于带细胞壁的植物活细胞研究，并在实践中应用该技术观察了phot1 以及细胞膜内吞的重要包被蛋白--笼形蛋白Clathrin 的运动模式。这部分研究为进一步在植物细胞中对膜蛋白进行单分子分析提供了理论依据。(2)通过观察phot1 以及NPH3对生长素(Auxin)外排运输蛋白PIN-formed 2(PIN2)的内吞循环和极性分布的调控作用，首次揭示蓝光信号影响生长素极性运输并决定根尖逆光性弯曲的分子机理，并提出phot1, NPH3 和 PIN2 在接受、分析和应答光信号中各自的功能。这一研究成果对于理解一直以来被研究者忽视的根逆光性生长这一重要生理现象有重要理论意义。.以上研究成果分别于2012年和2011年被发表在植物学领域权威杂志《The Plant Cell》(IF=10.125)和植物方法学领域的顶级刊物《Plant Methods》(IF=3.935)上。两篇文章迄今已分别被引用25次与14次。