网格蛋白调控下胚轴伸长与向光性的分子机理研究

Clathrin-mediated endocytosis (CME), a major endocytic pathway in animal and plant cells, regulates the uptake of extracellular nutrients, internalization of plasmamembrane proteins, and transduction between extra- and intracellular signals. Based on the clathrin light chain (CLC) double mutants clc2clc3 displaying a long hypocotyl and reduced phototropic curvature, this proposal will focus on the following studies: (1) genetically analyze the hypocotyl phenotypes of the clc2clc3 double mutants in the genetic background of IAA, GA, and BR synthetic or signaling mutants, respectively, to dissect the signaling pathway(s) involved in clathrin regulation of hypocotyl cell elongation; (2) characterize the distribution of clathrin heavy chains (CHC), light chain 1 (CLC1), a blue-light receptor PHOT1, auxin and its efflux transporter PIN in the light and back sides of hypocotyls treated with unilateral light during hypocotyl phototropic curvature, to dissect molecular mechanisms underlying clathrin regulation of hypocotyl phototropic curvature; (3) analyze the genetic interactions among CLC, PHOT1, and PIN and their effects on hypocotyl elongation and phototropism. These studies would be expected to elucidate the molecular mechanisms underlying clathrin regulation of cell elongation and phototropic curvature in hypocotyls, and play a scientific significance to better understand cell elongation and phototropism in plants.

网格蛋白介导的内吞是动植物细胞最重要的内吞途径之一，直接调控胞外物质的吸收、质膜蛋白的内吞和胞内外信号的传递等重要细胞生物学过程。本申请项目在发现拟南芥网格蛋白轻链CLC双突变体clc2clc3具有长胚轴和弱向光性表型的基础上，拟开展以下几项研究工作：（1）分别在植物激素IAA、GA、BR合成或信号传导突变体背景下，分析双突变体长胚轴的原因，以解析网格蛋白调控下胚轴伸长的信号途径；（2）在单侧光作用下，分析下胚轴向光弯曲过程中，网格蛋白重链CHC、轻链CLC1、蓝光受体PHOT1、生长素及其输出载体PIN在下胚轴向光面和背光面的分布，以剖析网格蛋白调控下胚轴向光弯曲的分子机理；（3）分析CLC、PHOT1、PIN之间的遗传互作及对下胚轴伸长和向光性的影响。期望通过以上研究初步阐明网格蛋白调控下胚轴细胞伸长和向光性的分子机理，对理解植物细胞伸长和向性生长的调控机制具有重要科学意义。

网格蛋白介导的质膜内吞是胞外营养物质吸收、质膜受体或转运蛋白丰度调控的重要途径，是动植物细胞生长发育与分化的重要调控机制之一。因此，深入开展网格蛋白的分子作用机理研究具有重要科学意义。在本项目的资助下，获得了以下研究结果：（1）遗传学分析表明clc2 clc3双突变体下胚轴伸长依赖于生长素、赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)及其信号传导途径；活细胞成像分析表明CLC2和CLC3功能缺失促进了下胚轴PIN3侧向定位和生长素的积累，从而引起微管的横向排列和细胞伸长；（2）网格蛋白通过调控下胚轴向光面和背光面PIN3的侧向定位和生长素的不对称分布，从而调控蓝光诱导的下胚轴向光性弯曲；（3）网格蛋白通过调控PIN3的侧向定位和生长素最大峰值，从而调控下胚轴顶钩的发育。初步阐明网格蛋白调控下胚轴细胞伸长、向光性弯曲和下胚轴顶钩发育的分子机理，对进一步理解植物细胞伸长、向性生长及其暗形态发生和光形态发生等的分子机理具有重要的科学意义，为深入研究植物生长发育和环境适应机制提供新的观点与见解。受本项目资助，已发表相关学术论文11篇，其中SCI 7篇，1人晋升为副教授，已培养研究生4人，正在培养10人。国际或国内学术会议作学术报告10次，承办全国性学术会议1次。