一氧化氮对CPC蛋白亚硝基化修饰调控植物根毛发生的分子机制研究

Nitric oxide (NO) is an important bio-active molecule that regulate plant growth and development, delay the aging of leaves, flowers and fruits, promote seed germination, regulate stomatal opening/closing by interaction with plant hormones, induce programmed cell death and defense-related gene expression. Previous studies on NO were mostly concentrated on the roles of plant physiological indicators, and the few studies on the regulation of plant cell differentiation. In this study, we found that supplying exogenous NO to plant seedlings led to root hairy. Scanning electron microscopy results showed that exogenous NO changes the pattern of the Arabidopsis root hair formation. Root hairs grow on both "N" and "H" lines instead of the only "H" lines. We found that the key gene CAPRICE (CPC) accumulation at protein level in root under exogenous NO treatment and found that the CPC protein was modified by S-nitrosylation. The purpose of this study is to resolve whether the S-nitrosylated CPC protein change its structure and chemical properties and affect its stability and the interaction with other proteins(complex), thereby affect related gene expression, and ultimately regulate root hair patterning.

一氧化氮（NO）是重要的生物活性分子，能够调控植物生长发育，延缓叶片、花和果实衰老，促进需光种子的萌发，能与植物激素相互作用调节气孔运动，诱导程序性细胞死亡和防御相关基因的表达。目前对NO的研究大多集中在NO对植物作用的生理指标上，在NO调控植物细胞分化方面的研究较少。我们发现，外施NO导致植物根毛多发。扫描电镜结果显示外施NO改变了拟南芥根毛发生的模式，根毛由正常的隔行发生模式变为每行发生。外施NO后根毛发生关键基因CAPRICE (CPC)蛋白积累，进一步研究发现外施NO会导致CPC蛋白发生亚硝基化。本研究目的是解析外施NO后CPC蛋白的亚硝基化是否改变其空间结构和化学性质，并影响其稳定性及与其它蛋白之间的相互作用，进而影响根毛发生关键基因表达，最终调控根毛发生的模式。

一氧化氮（NO）是重要的生物活性分子，能够调控植物生长发育，延缓叶片、花和果实衰老，促进需光种子的萌发，能与植物激素相互作用调节气孔运动，诱导程序性细胞死亡和防御相关基因的表达。目前对NO的研究大多集中在NO对植物作用的生理指标上，而在分子水平上的研究较少，特别是NO调控植物细胞分化方面的研究更少。研究发现，1、外施NO导致植物根毛多发。扫描电镜结果显示外施NO改变了拟南芥根毛发生的模式，根毛由正常的隔行发生模式变为每行发生。2、确定受NO调控的根毛发生关键基因的空间表达特征，GLABRA2（GL2），WEREWOLF（WER）及 CAPRICE（CPC）基因在转录水平上均为隔行表达，在蛋白质水平上CPC呈现每行表达特征。3、外施NO后根毛发生关键基因CAPRICE (CPC)蛋白积累，进一步研究发现外施NO会导致CPC蛋白发生S-亚硝基化。4、确定CPC蛋白发生亚硝基化的位点在其氨基酸序列的第24位半胱氨酸位点。 5、通过将CPC 第 24 位的半胱氨酸（Cys）定点突变为丝氨酸（Ser，S）和色氨酸（Trp，W）（这两种氨基酸中不含有巯基（-SH），故不能发生巯基亚硝基化影响后续实验结果），确定了CPC蛋白发生亚硝基化影响其蛋白的稳定性，进而影响基因表达，最终调控根毛发生的模式。通过分析相关基因的生物学功能，揭示NO在植物根毛发生中的分子机制及调控网络。该研究为今后在分子水平进一步研究NO调控植物细胞分化的机理提供理论依据。