【摘 要】
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细胞分裂素(Cytokinin,CK)是一类重要的植物激素,在植物生长发育、叶片衰老以及生物和非生物胁迫响应中发挥重要作用。已有研究表明拟南芥细胞分裂素转运蛋白AtABCG14参与CK在植物体内的长距离运输,主要负责将根部合成的反式玉米素(trans-zeatin,t Z)类CK通过木质部向地上组织运输,并参与地上组织CK的卸载和再分配。然而,AtABCG14转运CK的分子调控机制尚不清楚。我们前
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(31470370、32100270);
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细胞分裂素(Cytokinin,CK)是一类重要的植物激素,在植物生长发育、叶片衰老以及生物和非生物胁迫响应中发挥重要作用。已有研究表明拟南芥细胞分裂素转运蛋白AtABCG14参与CK在植物体内的长距离运输,主要负责将根部合成的反式玉米素(trans-zeatin,t Z)类CK通过木质部向地上组织运输,并参与地上组织CK的卸载和再分配。然而,AtABCG14转运CK的分子调控机制尚不清楚。我们前期利用免疫共沉淀(Co-IP)技术结合质谱分析筛选到与AtABCG14互作的候选蛋白质膜质子转运H+-ATPase 1(AHA1),Split-LUC技术和膜蛋白酵母双杂交技术进一步证明AtABCG14与AHA1互作。表型分析发现aha1突变体呈现出与atabcg14相似的生长发育缺陷表型。本研究旨在阐明AtABCG14与AHA1的互作机理,深入解析CK转运的分子调控机制。具体研究结果如下:(1)AtABCG14和AHA1在植物体内互作。为进一步在植物体内验证AtABCG14和AHA1的互作,利用拟南芥原生质体瞬时转化和免疫共沉淀(Co-IP)技术确认AtABCG14和AHA1蛋白在植物体内存在相互作用。(2)aha1突变体呈现CK缺失的发育表型。通过分析AHA1的T-DNA插入突变体表型,发现aha1表现出与atabcg14突变体相似的生长发育缺陷表型,包括莲座叶变小、花序数目减少、植株变矮、叶肉细胞变大等。构建AHA1超表达载体转化aha1突变体,可以恢复aha1发育缺陷表型,说明aha1突变体表型由AHA1基因突变造成。以上结果暗示AHA1基因突变后拟南芥体内CK分布异常。(3)AHA1和AtABCG14在质膜共定位。构建35SPro::eGFP-AHA1载体,利用烟草瞬时表达系统观察AHA1的亚细胞定位,荧光观察显示AHA1-GFP与质膜蛋白CBL1-m Cherry共定位,表明AHA1定位在质膜。AtABCG14也定位于质膜,我们认为AHA1与AtABCG14在质膜发生互作。(4)AHA1参与CK由根向地上组织的运输。通过同位素示踪实验我们发现aha1向地上组织运输CK的能力减弱。激素分析和CK响应基因ARRs定量PCR检测显示aha1体内CK分布与atabcg14突变体表现出相同的趋势,即地上组织CK减少,而根部CK积累。进一步检测质外体中CK含量,结果发现aha1质外体中CK含量显著下降。通过韧皮部伤流的实验显示CK在aha1韧皮部积累。此外,AHA1受到CK诱导表达,经t Z喷施处理之后aha1突变体莲座叶大小基本恢复至野生型水平,推测AHA1参与调控AtABCG14介导的CK运输。(5)AHA1质子转运活性影响AHA1与AtABCG14互作。构建质子活性减弱和持续激活的AHA1蛋白突变形式,观察质子活性对AHA1和AtABCG14互作的影响。烟草双荧光素酶互补实验表明当质子活性减弱时,AHA1与AtABCG14互作减弱,而质子活性持续激活时AHA1与AtABCG14互作增强,结果表明AHA1和AtABCG14互作依赖于AHA1的质子活性。综上所述,本研究发现质膜质子转运蛋白AHA1与AtABCG14在体内互作。aha1突变体与atabcg14相似,呈现出CK缺失引起的发育缺陷表型。aha1体内CK分布呈现出质外体CK含量显著下降而韧皮部CK积累的表型,表明AHA1参与调控AtABCG14介导的CK运输。本研究推测AtABCG14生物学功能可能依赖于AHA1的质子活性。
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