课题基金 / 基金详情

LAZY1基因家族调控根系向地性的分子机理研究

批准号:
32070305
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
葛良法
依托单位:
学科分类:
植物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
葛良法

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
根系向地性(Gravitropism)指根尖在感受到重力刺激后,能通过一系列生理生化反应,使得根尖调整方向,朝着被称为重力设定角的方向生长。根系向地性已有几百年研究历史,但其中一些过程,特别是早期从重力信号转导到根冠中柱细胞中PIN蛋白的极性重定位,还很不清楚。申请人在蒺藜苜蓿和拟南芥里同时发现了LAZY1家族的一些成员能通过控制重力刺激后的生长素转运蛋白PIN的极性定位和生长素流方向来调控根系向地性。国外研究组陆续也有类似报道,对其工作机理也有类似发现,但其调控根系向地性的详细分子机理仍然不清楚。在前期基础上,本研究拟详细解析LAZY1家族蛋白在根冠中柱细胞中的动态定位及其对重力刺激的反应,对其与互作蛋白一起通过调控囊泡运输来调控重力刺激下的PIN蛋白极性重定位进行深研。本项目研究成果将深入揭示LAZY1家族成员与互作蛋白一起协同调控根系向地性的详细分子机理。
英文摘要
Root gravitropism is the process that root adjusts its growth direction towards the so-called gravitropic setpoint angle (GSA) through a series of physiological and biochemical processes upon perception of the gravitropic stimulus. Despite that gravitropism has been studied for hundreds of years, many remain unclear, particularly the early events from signal transduction to the relocation of auxin transporter PIN proteins in columella cells. We have previously reported that certain members of the LAZY1 gene family in Medicago truncatula and Arabidopsis control root gravitropism by directing the polarization of PIN proteins within the columella cells and resultantly the auxin flow to the correct site. Recently, there are similar results and mechanical studies reported by other groups. On the basis of previous work and recent progress, here we propose to conduct in-depth research into the molecular function and dynamic localization of the LAZY1 family members that control root gravitropism. We will also perform profound investigations into the transcytosis mechanisms modulated by LAZY1 family members and their partners, which is critical for the polarization of PINs in the columella cells upon gravistimulation. This work will not only unveil the detailed molecular mechanism of root gravitropism centered by LAZY1 gene family, but also significantly advance the current understanding towards the early events of root gravitropism.
植物的重力反应是指植物器官感知重力刺激后,通过一系列信号感知、转导以及生理和生化响应,使其朝向或背向重力方向生长的过程。重力作为一种重要的环境信号,对植物的生长发育起着关键作用,特别是在指导根系向地性生长方面。过去二十年,有关植物重力反应的研究取得了突破性进展,其中一个重要成就是控制重力反应的关键基因家族LAZY的发现。LAZY基因家族是一个小型基因家族,在拟南芥中有6个成员,其中AtLAZY2、AtLAZY3和AtLAZY4是控制根尖重力反应的关键因子。当这三个基因同时突变时,植物根系表现出负重力反应,根系不再朝向地球生长,而是向天空延伸。尽管相关的表型已经清楚,但其调控机制尚未完全解析。本项目以AtLAZY3为研究重点,通过构建相关遗传材料和活体动态追踪技术,深入研究其在重力刺激下的分布行为及分子机制。项目团队通过交流合作,获得了携带AtLAZY2-GFP、AtLAZY3-GFP和AtLAZY4-GFP且荧光信号强的遗传材料。利用显微成像技术,发现这三个LAZY家族成员在重力刺激后,一致性地重新分布到根冠中柱细胞的新近地侧。这一现象与国内外研究组的相关发现相吻合,进一步证实了LAZY家族成员在重力刺激下具有极性分布行为。AtLAZY3的功能离不开其与其他蛋白的相互作用。项目团队鉴定到AtLAZY3与控制植物根系发育的关键因子BREVIS RADIX(BRX)存在物理互作。这一结果表明,AtLAZY3对根系重力反应的调控可能依赖于其与BRX的功能协作。为探究LAZY家族成员功能分化的分子基础,项目对AtLAZY3的保守结构域进行了缺失研究。研究表明,位于C末端的CCL结构域对于AtLAZY3的功能至关重要,缺失该结构域后,AtLAZY3无法互补atlazy2;3;4突变体的表型。此外,研究还表明,LAZY家族成员间在蛋白功能上存在分化。控制地上部重力反应的AtLAZY1在AtLAZY3启动子驱动下,无法互补atlazy2;3;4的表型,而水稻的OsDRO1和大豆的GmLAZY8却可以成功互补。本项目对LAZY基因家族中控制根系重力反应的成员做了机制解析,鉴定到了新的互作蛋白,探研了成员间蛋白功能的分化,对该家族成员的功能取得了一定的新认知,也为后续研究提供了新的线索。
控制豆科作物器官大小关键基因BIG SEEDS1的功能与应用研究
  • 批准号:
    31771345
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    葛良法
  • 依托单位:
国内基金
海外基金