《油菜素甾醇信號轉導途徑與植物發育的調控機制研究》是依託復旦大學，由王學路擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：油菜素甾醇信號轉導途徑與植物發育的調控機制研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：王學路
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
油菜素甾醇（Brassinosteroids, BRs）是一類重要的植物內源激素，它嚴格調控著植物生長發育的每個階段，而BR的信號轉導途徑是控制這些生長發育過程的必要步驟。當植物體內BR缺乏時，植物主要通過負調控蛋白BKI1、BIN2和14-3-3蛋白抑制BR的信號輸出。在BR水平高時，BKI1與14-3-3互作，分別解除對受體和轉錄因子的抑制作用；BIN2失活或降解，也釋放對轉錄因子的抑制。BR信號主要是通過蛋白磷酸化傳遞，但是調控其中重要組分的絲/蘇氨酸脫磷酸化的機制不清楚。此外，除了會導致植株變小，BKI1的過表達還導致莢果下垂，但是調控這些發育過程的機制未知。本研究將通過蛋白質組學、遺傳學、細胞生物學、發育生物學和生物化學等方法，重點研究BR信號通路中BKI1和BIN2的調控機制；鑑定和功能研究BKI1和BIN2互作的蛋白；揭示BR信號控制植物生長發育的機制。
結題摘要
油菜素甾醇（brassinosteroids, BRs）是一類重要的植物內源激素，它嚴格調控著植物生長發育的每個階段。本研究通過遺傳學、細胞生物學、發育生物學和生物化學等方法，完善了BR信號途徑，揭示了BR信號控制植物生長發育的機制。通過BR信號負調控元件BKI1互作蛋白質複合體質譜分析以及蛋白互作實驗，我們鑑定到一類新的與BKI1互作的蛋白質，HSP70家族，進一步的細胞生物學觀察顯示HSP70家族能夠促進BKI1從內質網到細胞膜上的定位。通過篩選擬南芥蛋白磷酸酶的酵母雙雜交文庫，我們鑑定到受體BRI1的磷酸酶BRIP和負調控元件BIN2的磷酸酶，體外脫磷酸化證明它們能分別將BRI1和BIN2脫磷酸化，並且一個BIN2的磷酸酶的過表達可以部分挽救BRI1受體弱突變體bri1-301的表型。此外，我們發現BR和一種BR合成抑制劑BRZ處理，能夠改變葉表皮鋪路細胞中微管的排列，進一步的體外pull down和體內免疫共沉澱實驗發現BIN2能直接與細胞骨架蛋白相互作用從而調控細胞骨架的排列和組裝。通過篩選BR缺失突變體，我們發現了一個顯性突變體drl1-D，其體內一些內源BR的含量顯著降低；進一步的生化實驗表明，DRL1基因編碼一個醯基轉移酶，通過酯化反應催化形成BR結合物來調控BR的代謝。通過遺傳和生化的手段發現並證明BR信號通路中的重要轉錄因子BES1作為獨腳金內酯（SL）信號通路中F-box蛋白MAX2的直接底物參與SL所介導的植物分枝調控；降低BES1蛋白水平可以挽救max2-1多分枝的表型；並且SLs及其受體AtD14可以促進BES1的降解；我們建立了一條從獨腳金內酯受體到下游轉錄因子的完整的SL信號轉導通路。我們發現BKI1-YFP過量表達植株的果柄向下生長，且該表型隨著BKI1表達量的提高而加劇，接下來我們發現BKI1能與果柄向性生長有關的蛋白質BIP1相互作用而共同調控植物果柄的向性發育。通過對BR相關突變體的根毛表型分析，我們發現BR信號強度與根毛數目呈負相關，並且該過程依賴於BR信號通路中的BIN2及其上游信號組分，並且BR信號與非生毛細胞命運決定的標記基因GL2的表達呈正相關，遺傳分析表明BR信號通過BIN2和MYB/bHLH/WD-repeat轉錄複合體，調控根表皮細胞中GL2表達模式的形成。已在國際重要學術期刊發表論文3篇，申請發明1項。
