P2SA 介导PHOT2调节拟南芥下胚轴向光弯曲机制分析

蓝光受体向光素PHOT1和PHOT2介导强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲表现功能冗余，限制了人们对PHOT2功能的研究。本项目以拟南芥phot1突变体为材料，通过EMS诱变筛选PHOT2下游信号调节子P2SA (Phototropin2 Signaling Associated)。克隆到基因P2SA1，该基因编码一个ABC转运蛋白，定位于细胞质膜。随后探讨P2SA1参与调节下胚轴向光弯曲的机制，发现：1.P2SA1特异调节强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲反应，并不调节弱蓝光反应，P2SA1和PHOT2基因表达被强蓝光显著诱导（PHOT1基因表达被强蓝光抑制），PHOT2基因突变明显抑制强蓝光诱导的P2SA1基因表达，暗示P2SA1可能位于PHOT2下游介导强蓝光诱导的下胚轴向光弯曲；2. 光敏色素激酶底物1(PKS1) 分别与PHOT2和P2SA1发生相互作用，表明PKS1搭起PHOT2与P2SA1之间信号传递；3. 强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲，主要受控于PHOT2调节的下胚轴细胞内钙库Ca2+ 释放引起胞质Ca2+ 的瞬时增加，不依赖于PHOT1介导的胞外Ca2+ 的内流；4. P2SA1基因的突变，严重阻碍了生长素在拟南芥下胚轴中的侧向和纵向运输，表现缺失强蓝光诱导的生长素在下胚轴中的侧向梯度分布，结合NPA（生长素外流载体抑制剂）抑制强蓝光诱导下胚轴胞质Ca2+ 的增加和抑制向光弯曲，推测P2SA1调控PHOT2介导的强蓝光诱导的下胚轴向光弯曲反应，可能依赖于其对生长素和Ca2+ 在下胚轴中侧向梯度形成的调控。综上所述，项目进展顺利，鉴定到一个调控强蓝光诱导拟南芥下胚轴向光弯曲的关键信号分子P2SA1，阐述了PHOT1和PHOT2差异调节强蓝光反应的分子机制，达到预期研究目标。项目执行期间，负责人以第1作者在Plant physiology、New Phytologist、JIPB以及植物学报等国内外重要学术期刊上发表学术论文4篇，受邀出国参加国际会议3次。