一个全新的MATE转运蛋白介导的植物顶端优势调控途径

顶端优势是一个在农业生产中有着重要意义的植物性状。在前期工作中，我们以模式植物拟南芥为材料筛选了两个显性的顶端优势缺失突变体lad1-1D和lad2-1D，并在国际上首次发现两个MATE转运蛋白基因LAD1和LAD2的过量表达是导致这两个突变体顶端优势缺失表型的原因。在本项目中，我们将从两个方面来探索这两个MATE家族转运蛋白基因参与调控植物顶端优势的分子机理。我们一方面将确定这两个基因的表达特性，包括它们的组织表达特性、对小分子化合物如植物激素和生长调节物质诱导的应答特性以及这两个蛋白在植物细胞中的定位。另一方面我们将获得lad1-1D突变体的全基因组表达谱特征，从基因组角度确定LAD1过量表达对植物宏观基因表达的影响。通过本项目，我们有望揭示一个全新的MATE转运蛋白介导的植物顶端优势调控途径，为未来人工调控顶端优势并服务于农业生产实践提供新的着眼点和理论基础。

高等植物的生长发育受到复杂的遗传互作网络的调控。本项目组的一个长期研究方向是利用遗传学手段，筛选发掘调控植物生长发育的关键基因并解析其功能。目前已在自创的激活标签突变群体中筛选到多个具有植物地上部分发育异常的显性abs（abnormal shoot）突变体并开展了工作。本项目对其中两个具有顶端优势弱化表型的突变体abs3-1D 和 abs4-1D进行了进一步的研究，发现两个高度同源的MATE转运蛋白基因ABS3和ABS4的表达增加导致这两个突变体的发育异常表型。与ABS3和ABS4位于同一系统进化分支的另外两个MATE转运蛋白基因ABS3-Like1（ABS3L1）和ABS3L2过表达时，也能导致与ABS3或ABS4过表达类似的表型。ABS3、ABS4、ABS3L1、ABS3L2基因的表达模式受不同组织和发育阶段的调控。ABS3、ABS4、ABS3L1、ABS3L2在叶片原生质体中均定位于内体Late Endosome/Prevacuole (LE/PVC) 膜上。尽管ABS3、ABS4、ABS3L1、ABS3L2单一基因突变对拟南芥生长发育没有显著影响，abs3 abs4 abs3l1 abs3l2四重突变体下胚轴表皮细胞伸长显著增加导致下胚轴长度增加，与这些基因过表达抑制下胚轴伸长的表型相反。这些结果显示，在细胞层次上ABS3、ABS4、ABS3L1、ABS3L2很可能具有类似的功能。本项目首次将MATE家族转运蛋白的功能与植物细胞伸长的调控相联系，对于阐明光调控植物下胚轴伸长的机制具有重要的意义，同时也为人为调控植物株型，特别是获得新的矮杆抗倒伏植物种质资源提供了一条新的途径和基因资源。