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磷脂酰肌醇-4-磷酸调控PIN2囊泡运输响应生长素信号的分子机制

批准号:
32100553
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
林峰
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
林峰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
磷脂酰肌醇磷酸盐(PIPs)在调控植物生长发育以及逆境响应中有重要作用。PIN2是转运生长素的重要膜蛋白。本项目拟研究PIPs对PIN2囊泡运输的调控及机理。以磷脂酰肌醇-4-磷酸激酶β(PI4Kβ)/磷脂酰肌醇-4-磷酸(PtdIns4P)为研究对象,比较观察野生型和pi4kβ1pi4kβ2质膜上PIN2的动态变化,研究PI4Kβs以及PtdIns4P对质膜PIN2的影响。利用酵母双杂交、分离荧光素酶系统和免疫共沉淀技术,筛选、鉴定与PI4Kβs/PtdIns4P互作的囊泡运输相关蛋白,研究PI4Kβs/PtdIns4P与相关蛋白互作对PIN2的质膜定位、丰度以及在反式高尔基体网络(TGN)与质膜之间运输的影响,从而阐明PtdIns4P介导生长素极性运输、根组织间浓度梯度建立的作用机制。研究结果对揭示磷脂调控植物激素(生长素)信号的机理有重要作用。
英文摘要
Phosphatidylinositol phosphates (PIPs) play critical roles in regulating plant growth, development as well as in the responses to abiotic and biotic stress, PIN2 is an important membrane associated carrier to transport auxin out of the cell. This project is dedicated to study how PIPs regulate membrane trafficking of PIN2 and uncover potential mechanisms. We will focus on phosphatidylinositol 4-OH kinase β (PI4Kβ) and phosphatidylinositol-4-phosphate (PtdIns4P), and compare dynamics of plasma membrane (PM) localized PIN2 between wild type and pi4kβ1pi4kβ2, and explore effects of PI4Kβs and PtdIns4P on PM localized PIN2. We will screen and identify target proteins that interact with PI4Kβs/PtdIns4P via yeast two hybrid, split luciferase, co-immunoprecipitation, and observe the influence of the interaction between PI4Kβs/PtdIns4P and the corresponding proteins on the localization and abundance of PIN2 at PM, as well as the trafficking between trans-Golgi network (TGN) and PM, and further uncover mechanisms for polarized transport of auxin and establishment of auxin gradient among organs of the root mediated by PtdIns4P. The results will help people understand how phospholipids regulate plant hormone (auxin) signaling transduction.
生长素是调控植物生长发育和抗逆应答的重要激素之一,其含量、分布受到各种转运蛋白的影响如PIN2。PIN2是生长素输出载体蛋白,其在质膜的分布和丰度受到囊泡运输的影响。磷脂酰肌醇-4-磷酸激酶β (PI4Kβ)和磷脂酰肌醇-4-磷酸 (PtdIns4P)主要存在于TGN生物膜中,广泛参与囊泡运输,因此明确PI4Kβ/PtdIns4P是否调控PIN2囊泡运输、调控的场所发生在哪里以及相关的分子机制将有助于理解PtdIns4P是如何影响PIN2蛋白在TGN的运输,以及介导生长素极性运输和浓度梯度的建立,从而影响植物根的生长发育。本项目从生理、生化、细胞生物学、分子生物学方面解析了PI4Kβ1/PtdIns4P调控PIN2在质膜的分布的分子机制,明确了PtdIns4P对生长素信号的调控作用。结果表明,拟南芥pi4kβ1 pi4kβ2双突变体具有生长素信号转导缺陷的表型,包括对外源生长素不敏感,向重力受到抑制以及维管束发育不完全。进一步利用荧光材料发现敲除PI4Kβ1和PI4Kβ2不影响PIN1和AUX1的分布,但影响PIN2的分布及在质膜的丰度而非极性。随后通过酵母双杂交、分离荧光素酶系统、蛋白免疫共沉淀、脂蛋白印迹、脂囊体共沉淀和脂免疫沉淀证明PI4Kβ1/PtdIns4P与连接蛋白SNX1互作;通过构建遗传材料及烟草瞬时转化实验证明TGN中而非质膜的PtdIns4P调控SNX1与内体TGN和MVB的结合。利用囊泡运输抑制剂BFA证明PI4Kβ1/PtdIns4P是通过影响PIN2的循环过程,从而调控PIN2在质膜的丰度及生长素信号输出。项目结果揭示了磷脂介导的囊泡运输调控生长素信号的分子机制,对作物遗传改良具有重要意义。
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