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植物激素生长素及其定向胞间运输在植物生长发育的许多方面,如主根和侧根形成、导管组织分化、向性运动及胚胎发育等,起着重要作用。生长素输出载体-PIN-FORMED(PIN)蛋白在细胞中的不对称分布决定了细胞间生长素流动的方向。有一种内吞途径调节着PIN蛋白在质膜和内体之间的循环,从而提供一种动态定位的机制,而这需要膜系统及其与之连在一起的货物蛋白的调节性运动和融合来完成。可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体(SNAP receptors,SNAREs)是参与囊泡运输和膜融合的关键蛋白,根据其序列可分为Q-或者R-SNAREs。迄今为止,对于R-SNARE尤其是VAMP714(Vesicle Associated Membrane Protein 714)蛋白的功能知之甚少。本论文通过对vamp714 T-DNA插入突变体、显性负效应突变体以及超表达体的研究发现一个依赖于R-SNARE的胞外途径对PIN蛋白从高尔基体到质膜的定位是至关重要的。此外,本论文利用9种有代表性的绿色植物已有的表达和转录组数据,研究了SNARE蛋白的系统进化模式。具体研究结果如下:1.与野生型相比,vamp714 T-DNA插入突变体、显性负效应突变体以及超表达体均表现出幼苗根短、直立度低、植株矮小且分支数较多,向重力性作用发生异常,突变体根部细胞排列紊乱,没有组织性。在所有vamp714相关突变体根尖,生长素的分布模式出现异常,且含量均较低。启动子-GUS报告基因(pro VAMP714::GUS)的表达分析发现,无外源生长素时,VAMP714基因主要在根部维管组织和皮层细胞中表达,在子叶的叶脉及静止中心少量表达,在根尖和真叶中无GUS信号;但外源生长素可以诱导GUS信号在真叶叶脉及根尖表达。2.vamp714 T-DNA插入突变体、显性负效应突变体及超表达体均表现出根部小柱细胞分布异常,缺少小柱层和一个特定的静止中心(QC)以及小柱干细胞表现出分化的特性,表明所有vamp714相关突变体根的QC没有功能。茎尖分生组织相关基因SHORTROOT(SHR)和SCARECROW(SCR)的转录水平在所有vamp714相关突变体中均表现为下调。生长素处理可以诱导VAMP714以及VAMP7-1相关基因家族成员的表达水平上调。PIN1,PIN2和PIN4基因的转录水平在所有vamp714的突变体中均下调。3.VAMP714:GFP和VAMP714:mCherry融合蛋白均定位在质膜和囊泡中,协助囊泡运输。VAMP714蛋白与PIN1和PIN2蛋白在质膜上共定位。PIN蛋白的定位在所有vamp714相关突变体中均发生异常。使用囊泡运输抑制剂Brefeldin A(BFA)处理后,PIN1和PIN2以及VAMP714在vamp714 T-DNA插入突变体、显性负效应突变体及超表达体背景下,没有在BFA小体中聚集,表明VAMP714对于PIN胞内体的循环是必不可少的。用肌动蛋白解聚物latrunculin B(Lat B)处理显示VAMP714相关的囊泡在细胞质中聚集。结果表明:VAMP714与PIN蛋白经过相同的从BFA腔室到质膜的内体循环,定位在相同的囊泡,并且形成了依赖肌动蛋白的内吞循环通路的一部分,该通路可以将PIN蛋白运输到质膜。4.对植物物种间不同种类SNARE蛋白的系统进化分析表明:在拟南芥中发现两个Qc-SNARE同系物AT1G16225和AT1G16230、一个R-SNARE同系物AT3G25013。每个SNARE类群都可以被分成亚分支,其中多数亚分支包含所有被研究物种的基因,证明其古老的进化起源。在所有拟南芥SNARE中鉴定出了46个蛋白基序,通过构建每个基因类别的最大似然树突出基序的丢失和获得的进化模式。对64个SNARE蛋白编码基因在拟南芥79个器官和发育阶段的表达分析显示:SNARE蛋白编码基因在拟南芥发育过程中能够进行广泛的表达和显著的调控。5.分析遗传距离与表达距离的关系,发现除了Qa以外,在其它任何SNARE基因类别内或基因类别间均无显著的正相关关系,说明不能排除进化历程中通过基因复制和随后的快速亚/新功能化的可能性。随着多细胞生物的进化,所有SNARE蛋白的数量都会增加。综上,囊泡运输相关膜蛋白基因VAMP714在生长素运输及信号转导过程中起重要作用,且VAMP714对于PIN蛋白在质膜上的运输和定位至关重要。本论文最大的创新点在于其是首次经过系统研究表明拟南芥VAMP714参与调控PIN蛋白相关的囊泡到质膜的胞吐作用以及PIN蛋白在质膜和内体之间的循环过程,这也是生长素激活的依赖于VAMP714的PIN蛋白或生长素运输系统的正调节循环回路的一部分。此外,本论文也是首次分析整个SNARE蛋白家族的系统进化关系,提供了关于SNARE家族基因在绿色植物中的多样化模式和驱动因素的见解。理解这些系统发育关系有助于理解SNARE功能的进化。而且这也为进一步研究SNARE蛋白在植物发育和对环境响应过程中的特定功能提供了一个平台。