拟南芥RopGEF7的互作蛋白eIF4E1参与生长素介导的植物发育的分子机制

Extensive studies have shown that the eukaryotic translation initiation factor 4E (eIF4E) family is involved in the process of stress response in plants, such as Arabidopsis, tobacco and lettuce, etc. However, the role of eIF4E in plant development remains unknown. eIF4E1 is an important member of eIF4E family. Previously, we found that eIF4E1 interacted with RAC/ROP GTPase activator RopGEF7, and auxin inducible eIF4E1 regulated embryogenesis development in plants. Our group reported that RopGEF7 regulated the abundance of auxin transport protein PIN1 and maintenance of root auxin maxima, thereby affecting the maintenance of root stem cell niches. Based on such results, we plan to investigate the relationship between eIF4E1 and auxin pathway, verify biological function of eIF4E1 by complementation and validation, confirm subcellular localization of eIF4E1, dissect the genetic interaction between eIF4E1 and RopGEF7, and explore the molecular mechanism of eIF4E1 and RopGEF7 cooperatively participating in auxin-mediated plant development, via using molecular and genetic approaches. This study will provide theoretical basis for further understanding the molecular mechanism of auxin-mediated plant development.

大量研究表明真核翻译起始因子4E家族（eIF4E）在拟南芥、烟草、莴苣等植物中参与抗逆境过程。但是，eIF4E家族在植物发育过程中的作用尚不清楚。eIF4E1是该家族中的一个重要成员。我们的前期研究发现，eIF4E1与RAC/ROP小G蛋白的活化因子RopGEF7互作，并且eIF4E1参与植物胚胎发育，其表达受生长素的诱导。本课题组报道了RopGEF7调控生长素运输蛋白PIN1的丰度以及根尖生长素峰值的维持，影响根尖干细胞微环境的维持。本项目拟在前期研究基础上，采用分子生物学及遗传学等方法，研究eIF4E1与生长素途径的关系，互补验证eIF4E1的生物学功能，确定eIF4E1的亚细胞定位，分析eIF4E1与RopGEF7二者在遗传上的互作关系，探索eIF4E1与RopGEF7协同参与生长素介导的植物发育的分子机制。该研究将为进一步认识生长素介导的植物发育的分子机制提供理论依据。

大量研究表明真核翻译起始因子4E家族（eIF4E）在拟南芥、烟草、莴苣等植物中参与抗逆境过程。但是，eIF4E家族在植物发育过程中的作用尚不清楚。eIF4E1是该家族中的一个重要成员。我们的前期研究发现，eIF4E1与RAC/ROP小G蛋白的活化因子RopGEF7互作，并且eIF4E1参与植物胚胎发育，其表达受生长素的诱导。本课题组报道了RopGEF7调控生长素运输蛋白PIN1的丰度以及根尖生长素峰值的维持，影响根尖干细胞微环境的维持。本项目在前期研究基础上，主要取得以下研究结果：（1）组织表达分析结果表明eIF4E1在拟南芥胚胎发育的各时期都表达，且在根分生组织、侧根原基和花器官等组织器官中都表达较强，在根中的表达受生长素的诱导。（2）eIF4E1的生物学功能分析结果表明该基因参与调控拟南芥的胚胎发育和胚后发育。T-DNA插入突变体eif4e1-1和eif4e1-2表现出胚胎发育缺陷、幼苗子叶发育缺陷和短根等表型，且通过遗传互补实验证明了这些表型确实是由于eIF4E1的突变引起；（3）研究了eIF4E1对生长素运输蛋白和生长素报告基因在蛋白水平上的影响，结果表明eIF4E1的突变导致DR5rev:GFP，PIN3pro:PIN3:GFP 和PIN7pro:PIN7:GFP的蛋白表达水平明显下降；（4）通过酵母双杂交、BiFC和pull-down等实验证实了eIF4E1与小G蛋白ROP的活化因子RopGEF7互作，且进一步的研究表明eIF4E1与RopGEF7协调调控了拟南芥的胚胎发育和幼苗发育。综上所述，该项目解释了eIF4E1与RopGEF7协同参与生长素介导的植物发育的分子机制，将为进一步揭示生长素信号在植物生长发育过程中的重要作用提供新的理论依据。