解析拟南芥RopGEF在生长素介导的器官发生中的作用机理

生长素在植物生长发育过程中发挥着至关重要的调节作用。生长素诱导大量的基因表达以执行其调控的大多数功能。分子遗传和生化研究揭示了生长素信号转导依赖于泛素连接酶（SCFTir1）介导的转录调节因子生长素/吲哚乙酸（Aux/IAAs）蛋白的降解，活化生长素响应基因的表达。小G蛋白（small GTPases）RAC/ROP是植物重要分子开关，申请者的前期工作表明RopGEF7和RAC/ROP是生长素信号通路的整合因子，影响生长素介导的基因表达和植物的器官发生。本项目将综合运用遗传学增强子筛选、酵母双杂交筛选RAC/ROP信号通路互作蛋白和反向遗传学等综合手段，在植株水平上研究几个RopGEF的功能并研究它们与上游信号组分相互作用的关系，进一步解析其分子和遗传学调控网络。本项目的实施将加深我们对生长素作用分子机理的理解， 为植物生长发育的人工调控提供理论依据。

植物重要的信号分子生长素在植物体内的不对称分布控制着植物生长发育的诸多方面。生长素的局部浓度高峰(Auxin maximum)建立和生长素浓度梯度的形成是生长素局部代谢以及很大程度上取决于生长素极性运输的结果。研究生长素浓度梯度如何调控以及与植物生长发育关系是激素生物学的重大科学问题。本项目以拟南芥为材料，系统深入研究了几个 RopGEFs （RAC/ROPs小G蛋白活化因子）的生物学功能。基因表达模式分析显示RopGEF1, RopGEF5 和RopGEF6均在胚胎与植物顶端分生组织表达，基因功能敲除或下调表达，导致胚胎发育与幼苗生长的缺陷。课题进一步研究鉴定了RopGEFs的互作蛋白，并详细研究了RopGEFs的一个互作蛋白RAC/ROP的功能，发现这个受生长素诱导的RAC/ROP特异性地调控几个生长素输出载体PINs蛋白的极性定位，控制胚胎发育与幼苗时期生长素浓度高峰的形成，调节植物胚胎模式的建立与胚后器官的形成与幼苗的生长。这些研究结果揭示了生长素浓度梯度形成的新的调节机制，对于深入了解植物胚胎发育、器官形成的本质有重要意义。