ROP信号转导对生长素极性运输的调控机制

Many aspects of auxin action depend on its asymmetric distribution within plant tissue. Polar auxin transport establishes auxin gradients or maxima, which are crucial for diverse developmental processes, including embryogenesis, postembryonic organogenesis, vascular tissue formation and directional growth in response to environmental stimuli. It remains unclear about the mechanism how polar auxin transport is regulated. ROP GTPases function as the molecular switches and master regulators for cell polarity in the plant growth and development. Our previous studies described that ROP3 contributes to establishment and maintenance of the polarity of PIN auxin efflux carriers (Plant Cell, Vol 26: 3501–3518, 2014). In this project, the upstream positive regulatory proteins of ROP3 will be of our particular interest for further investigation on their function in polar auxin transport. This project will take a combined molecular、cell biological、genetic and biochemical approach to dissect the regulatory network of ROP signaling network. The expected results from this work will enhance our understanding on auxin action and provide new insights into the molecular bases of plant growth and development.

生长素作用的很多方面取决于它在植物组织中的不对称分布，生长素极性运输 (Polar Auxin Transport 简称PAT) 建立的生长素浓度梯度对于植物的胚胎发育、胚后器官形成、维管组织的发育以及植物的向性生长起着不可或缺的调控作用。但是生长素极性运输的调控机制目前尚不甚清楚。小G蛋白ROP是植物发育的分子开关，也是细胞极性建立的重要调节因子。申请者实验室近期在Plant Cell上的文章报道了拟南芥ROP3调控生长素输出载体PIN蛋白在胚胎与根细胞极性建立与维持。我们拟开展的研究将综合采用分子细胞生物学、分子生物学，遗传学和生物化学等多学科手段，利用前期鉴定的ROP3上游阳性调节蛋白RopGEF为切入点，深入研究这些信号组分的功能和调控以及它们与生长素极性运输的关系，解析其作用的分子调控网络。本项目的实施将加深我们对生长素作用分子机理的了解，对植物生长发育的调控提供理论依据。

生长素作用的很多方面取决于它在植物组织中的不对称分布，生长素极性运输 (Polar Auxin Transport 简称PAT) 建立的生长素浓度梯度对于植物的胚胎发育、胚后器官形成、维管组织的发育以及植物的向性生长起着不可或缺的调控作用。但是生长素极性运输的调控机制目前尚不甚清楚。小G蛋白ROP是植物发育的主要分子开关，也是细胞极性建立的重要调节因子。本实验室前期在Plant Cell上的文章报道了拟南芥ROP3调控生长素输出载体PIN蛋白在胚胎与根细胞极性建立与维持。本项目重点研究了ROP3的上游ROPGEF以及类受体蛋白激酶Feronia在生长素运输载体极性维持中的作用。RopGEF1突变导致生长素输入载体AUX1极性在胚胎和根维管组织细胞由顶膜变为底膜定位；并且调控 PIN7在胚胎和胚后PIN2的不对称分布，影响生长素依赖的胚胎和根对重力的响应。此外，Fer基因敲除，影响生长素输出载体PIN2在根表皮细胞的极性定位，导致侧根密度的增加和根向重力反应迟缓。本项目的研究将Feronia-RopGEF-ROP等信号组分联系起来，解析类受体蛋白激酶调控的ROP信号途径作用的分子调控网络，将加深我们对生长素极性运输的分子机理的了解，为植物生长发育的调控提供理论依据。