乙烯反应因子ERFx在细胞外ATP调控拟南芥幼苗生长发育过程中的作用

Extracellular ATP (eATP) is an essential apoplastic messenger of plant cells, and is involved in plant growth, development and stress tolerance. Our previous results demonstrate that ERFx - an ethylene responsive factor - is involved in eATP regulated growth and development of Arabidopsis seedlings. In order to verify the possible mechanisms of eATP-regulated growth and development of Arabidopsis seedlings, we plan to investigate four areas: (1) the role of ERFx in eATP-regulated seedling growth and development, (2) the expression pattern of ERFx after eATP stimulation, (3) the signal transduction components that participate in eATP-induced ERFx expression, and (4) the functional gene expression and physiological responses triggered by ERFx during eATP stimulation, which influence plant growth and development. The results of this project will significantly contribute to elucidating the signal transduction of eATP.

植物细胞外ATP（extracellular ATP，eATP）是一种重要的胞外信使分子，参与调节植物生长、发育和逆境适应过程。我们前期的研究结果显示，乙烯反应因子ERFx参与了eATP调控拟南芥幼苗生长发育的过程。在此基础上，为明确eATP调控幼苗生长发育的生理机制，我们拟对以下四个问题进行重点探究：（1）ERFx在eATP调控幼苗生长发育过程中发挥什么作用；（2）eATP处理后ERFx空间表达模式的变化特征；（3）哪些信号转导组分参与了eATP诱导ERFx表达的过程；（4）ERFx响应eATP信号后调控了哪些功能基因的表达、影响了哪些生理反应，最终影响了幼苗的生长发育指标。本项目对于进一步阐明eATP信号转导机制有积极的意义。

细胞外存在着一定数量的ATP分子（称作eATP），这些eATP作为信使分子调控植物细胞代谢和生长发育过程，eATP的生理功能和作用机制是植物生理学研究的一个新领域，本课题对于一个乙烯反应因子家族成员（暂名为ERFx）在eATP调控拟南芥幼苗生长发育过程中发挥的作用进行了探究。结果显示，eATP抑制拟南芥幼苗根系的生长、引起黄化幼苗的三重反应，这些生理效应在ERFx缺失突变体中显著减弱或者消除，在ERFx恢复株系和超表达株系中得到了恢复和加强。eATP能够调控根尖细胞和黄化幼苗下胚轴细胞中的生长素浓度和分布，这种影响效应在ERFx缺失突变体中都显著减弱；在恢复系和超表达株系中得到了恢复和加强。eATP处理刺激ERFx基因的表达，ERFx在根细胞基质中合成后迅速进入细胞核，并且可以结合DNA分子、调控诸多功能基因的表达；eATP诱导的基因表达变化在ERFx缺失突变体中被减弱甚至消除，在恢复和超表达株系中得到恢复和加强。eATP刺激细胞内乙烯的合成和积累，eATP诱导ERFx基因表达的效应在乙烯受体和信号转导关键组分EIN2缺失突变体中被削弱。这些结果显示，eATP刺激乙烯产生→诱导乙烯反应因子表达→影响功能基因表达→调控生长素含量和分布→引起幼苗生长发育变化。这一结果对于深入理解eATP调控植物生长发育的关键组分，阐明eATP信号转导机制具有比较重要的理论意义。

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