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植物因其固着生长特性，只能通过整合外部环境变化及自身生长因子信号来调节其生长发育及抗逆反应。比如侧根的形态建成是植物生长发育的重要组成部分，同时也是植物响应土壤环境的关键器官。先前研究表明生长素在植物侧根的发生、发育过程中起着至关重要作用，然而生长素调控侧根发育的直接分子机制有待进一步的研究。本论文发现细胞膜上生长素关键信号元件膜受体激酶TMK直接调控侧根的发育，tmks突变体具有严重的植物侧根发育缺陷。因此，本论文主要以tmks突变体为研究材料，通过生物化学，细胞生物学和分子遗传学等，探究TMK介导的生长素信号途径在植物侧根发育过程的机制。其主要内容如下: 1.本研究发现，tmk1，tmk4单突变体存在侧根减少的发育缺陷表型，且TMK1，TMK4存在严重的功能冗余，其tmk1/4双突变体的侧根发育缺陷表型加剧;该缺陷无法通过外源生长素的施加进行恢复。细胞生物学证据显示TMK1，TMK4在侧根起始处组织特异性的高水平表达，各突变体在侧根起始处的细胞分裂出现紊乱、异常，表明TMK可能参与调控了拟南芥侧根的发育过程。 2.酵母文库的筛选和质谱数据分析确认TMK1的下游靶标蛋白为MKK4/5，且体外磷酸化实验表明TMK1磷酸化MKK4/5，进而影响下游的MPK6/3激酶活性。遗传学上，β-雌二醇诱导的RNAi沉默突变体mkk4,5RNAi-est，mpk6-/-mpk3RNAi-est都表现出类似tmk1/4的表型:侧根发育出现缺陷，且侧根起始处细胞分裂出现紊乱，对生长素的响应降低等。 3.此外，本论文还发现TMK1对MKK4/5的调控是生长素依赖性的。体内和体外的生化实验都表明生长素通过TMK1调控MKK4/5进而激活下游的级联蛋白MPK6/3，控制侧根起始处细胞的正常分裂进而影响植物侧根的发育。 TMK作为生长素信号途径的关键因子调控诸多植物发育过程。有意思的是，TMK也参与调控植物的抗逆反应。逆境条件下，tmk1突变体显示出对高温胁迫的超敏感表型。温度是重要的环境因子，是影响植物生长发育和地理分布的关键决定因素，高温胁迫严重限制了全球农作物的生产，尽管植物响应高温胁迫的方式复杂多样，但大部分机制未知。因此，本论文的另一部分内容主要以tmk1突变体对高温响应的缺陷来阐述一条植物响应高温的新途径，其主要内容如下: 1.本研究发现，在tmks突变体中，tmk1展示出对高温胁迫的敏感表型，且野生型TMK1基因可以回补突变体敏感缺陷的表型，证明TMK1参与到植物对高温胁迫的响应中。 2.酵母双杂交，免疫共沉淀等实验表明TMK1可以和胞质中的蛋白TIP1(TMK Interaction Protein1)发生相互作用，体外磷酸化实验显示TMK1可以磷酸化TIP1，且第十位的苏氨酸是其磷酸化位点。 3.本研究还发现TIP1具有转录激活子功能，能直接和DREB2A启动子上游-541到-445区域的核苷酸序列结合，调控DREB2A基因的表达，且第十位的苏氨酸磷酸化位点会影响TIP1的转录激活活性。 4.此外，高温胁迫还会通过抑制TMK1mRNA的合成进而影响TMK1蛋白的含量，且是以生长素非依赖性的方式。 综合上述结果，在正常生长条件下，生长素通过TMK1介导的信号途径调控MAPK级联反应的活性参与侧根起始处细胞的正常分裂，进而调控侧根的正常生长发育;而在高温胁迫的条件下TMK1通过磷酸化TIP1调节下游响应基因DREB2A的表达水平，响应植物对高温的耐受。TMK1类似于“调控开关”，精确地平衡协调着植物的正常生长和逆境耐受。