生长素调控拟南芥PIN2蛋白降解的分子机理研究

植物根系向地性是决定根系空间生长趋势的主要因素之一，对于养分吸收（尤其是磷的吸收）具有重要影响。拟南芥PIN2在根向地性生长中起着关键性的调控作用。本申请项目在发现生长素调控PIN2降解需要生长素信号传导途径的基础上，以生长素突变体（axr1-12PIN2::PIN2:GFP）为背景，采用激活标签法(4x35S)诱导突变来建立过表达突变体库，利用激光共聚焦显微镜筛选能调控PIN2:GFP降解的生长素信号传导途径下游目标基因突变体。利用TAIL-PCR等技术直接克隆目标基因，分离和鉴定SALK或SAIL目标基因突变体，验证目标基因在生长素调控PIN2降解中的生物学功能，分析目标基因的亚细胞定位和组织特异性表达，期望阐明生长素调控拟南芥PIN2降解的分子机理。本项目的研究结果对揭示生长素调控植物向地性生长的分子机理具有重要意义，也为遗传改良作物根系性状、提高作物养分吸收效率提供理论依据。

生长素极性运输是植物生长发育调控的重要机制之一，生长素通过调控极性输出载体PIN蛋白的内吞和降解反馈调控自身的极性输出。本研究项目利用分子遗传学和激光共聚焦显微镜技术剖析生长素调控PIN2-GFP内吞和降解的分子机理，主要研究结果如下：（1）生长素通过TIR1/AFBs介导的信号途径调控PIN2-GFP在液泡中降解；（2）从激活标签突变体库中筛选到影响PIN2-GFP质膜水平的候选突变体8个，利用TAIL-PCR克隆到4个候选突变基因，并鉴定了其中1个目标基因的生物学功能；（3）激活标签插入到目标基因网格蛋白轻链CLC2编码区，导致该目标基因的敲除，突变体表现为下胚轴变长、根变短的表型；（4）拟南芥基因组共有3个CLC同源基因，clc1-1未能获得纯合株系，clc2-1和clc3-1获得纯合株系，表型与筛选到的突变体表型相一致；（5）进一步制备了clc2-1 clc3-1双突变株系，其表型比单突变体更加严重，表明两者功能上冗余；（6）互补实验表明，双突变体表型的确有CLC2和CLC3敲除引起；（7）CLC2和CLC3功能缺失影响了PIN2-GFP的内吞速率和生长素的调控、PIN2介导的生长素极性运输、根尖生长素分布和根向地性。这些研究结果对进一步理解生长素调控PIN内吞和降解的分子机理具有重要意义。本研究项目共发表学术论文5篇，其中SCI 3篇，培养研究生3人。关键词：生长素；PIN2；网格蛋白轻链；内吞与降解；拟南芥