PIP2蛋白影响棉纤维细胞发育的分子机制研究

棉花是我国最重要的经济作物。棉纤维细胞起源于单个种子表皮细胞。棉纤维.细胞长度大约1000-3000 倍于细胞直径（宽度），是研究细胞极性生长的理想模型之一。有.关棉纤维细胞极性生长机制，可能涉及到细胞内及细胞之间的一系列信号转导和由之引起的.复杂代谢调控过程。我们在前期工作中克隆鉴定了PIP2 等一些重要的棉纤维特异性基因（蛋.白质），本项目旨在研究PIP2 等基因（蛋白质）在棉纤维细胞发育中的作用机理及信号调控.等问题，探讨PIP2 蛋白之间以及PIP2 与其它调节蛋白之间的相互作用及其对棉纤维细胞发育的影响。本研究将有助于深入了解棉纤维细胞分化与发育的分子调控机制。同时, 也可为棉纤维品质改良提供必要的理论依据和具有潜在应用价值的重要功能基因。

水孔蛋白是一类定位于生物膜上的运输水分等中性小分子的通道蛋白，在植物的生长发育中起重要作用。在前期工作中，我们分离鉴定了4个在棉纤维中优势表达得GhPIP2基因。利用酵母双杂交技术，我们筛选鉴定了多个能与棉纤维特异表达蛋白GhPIP2;6相互作用的蛋白, 主要包括GhPIP1-2, GhPIP2;3和GhBCP2。研究结果显示GhPIP2蛋白之间的相互作用具有选择性，而GhPIP2;6与GhBCP2之间的相互作用具有特异性。GhPIP2;6能与GhPIP2;3相互作用，而GhPIP2;4不能与GhPIP2;6互作，定点突变结果显示GhPIP2;3蛋白中的两个氨基酸残基，F113和 K158，在GhPIP2蛋白相互作用中起重要作用。利用爪蟾卵母细胞表达系统研究发现，能相互作用的两种PIP2蛋白协同作用能显著提高水孔蛋白运输水分的能力，而不能相互作用的两种PIP2蛋白则不存在这种协同效应。GhBCP2能显著抑制GhPIP2;6的水通道活性。GhPIP2;6 RNAi转基因植株纤维发育较野生型迟缓，纤维变短，以上结果表明GhPIP2等基因及其协同调控方式在棉纤维发育过程中起着重要作用。