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下胚轴是一个可塑性很强的器官,是研究植物生长发育和环境响应的的理想系统。下胚轴细胞快速伸长和向光性弯曲是植物适应环境的重要机制之一,其中细胞快速伸长主要受光信号系统和生长素、油菜素内酯(BR)和赤霉素(GA)等植物激素的调控,而向光性弯曲主要受蓝光信号受体PHOT1/2及其信号传导和PIN3介导的生长素极性运输的调控。已有研究表明,PHOT1和PIN3内吞依赖于网格蛋白介导的内吞。网格蛋白是一类进化上高度保守的蛋白复合体,由三条重链CHC和三条轻链CLC组成的三脚架复合体,其中CHC是构成三脚架结构的主要骨架,而CLC具有调控网格蛋白笼型结构的组装和拆卸功能。网格蛋白介导的内吞是动植物细胞最重要的内吞途径之一,直接调控胞外物质吸收、质膜蛋白内吞和胞内外信号传递等重要细胞生物学过程。’本研究的前期工作已经成功分离鉴定了拟南芥网格蛋白轻链clc2-1clc3-1双突变体,发现了 CLC2和CLC3功能缺失抑制PIN蛋白内吞,促进了下胚轴伸长。然而,网格蛋白如何调控细胞伸长以及是否参与调控下胚轴向光性目前仍不清楚。为此,本研究综合运用遗传学、细胞生物学和生理生化等研究手段,初步剖析了对网格蛋白在下胚轴细胞伸长和向光性弯曲过程中的生物学功能,具体研究结果如下:(1)利用激光共聚焦显微镜等显微技术定量分析了 clc2-lclc3-1双突变体下胚轴细胞长度和数目。结果表明CLC2和CLC3功能缺失促进细胞伸长,但不影响细胞分裂。利用RNA反义抑制技术制备了 clc2ani clc3anti双突变体株系,分析结果进一步证实网格蛋白负调控下胚轴细胞伸长。(2)遗传分析表明,在生长素核信号突变体axr1-12、BR合成突变体det2-1和信号传导突变体bri1-6、GA合成突变体ga1-3和信号突变体gai-1背景下,clc2-1clc3-1下胚轴伸长被显著抑制;相反,在生长素胞质信号受体突变体abp1-5背景下,clc2-1clc3-1下胚轴伸长不受影响,暗示网格蛋白调控下胚轴伸长在ABP1介导的信号途径下游,在AXR1介导的信号途径、BR和GA合成及其信号传导途径上游起作用。(3)为分析PHOT1/2介导的信号途径对clc2-1clc3-1下胚轴伸长的影响,成功制备了phot1-6phot2-2双突变体。遗传分析表明,PHOT1和PHOT2功能缺失没有抑制clc2-1clc3-1下胚轴伸长,暗示网格蛋白调控下胚轴伸长在PHOT介导的信号途径下游。(4)下胚轴向光性分析表明,与野生型相比,CLC2和CLC3功能缺失抑制了下胚轴向光性弯曲。遗传学分析表明,网格蛋白调控下胚轴向光性弯曲在PHOT1介导的信号途径下游起作用。细胞学分析表明,CLC2和CLC3功能缺失抑制了下胚轴PIN3/7内吞、蓝光诱导PIN3/7侧向重定位和生长素不对称分布。这些结果暗示网格蛋白通过介导PIN3/7内吞和侧向重定位来调控蓝光/PHOT1诱导的生长素不对称分布和向光性弯曲。(5)蓝光诱导下胚轴CLC1-GFP重定位和促进PHOT1-GFP内吞。遗传与细胞学分析表明PHOT1和PHOT2功能缺失导致下胚轴CLC1-GFP质膜丰度下调,并且抑制了蓝光诱导下胚轴CLC1-GFP重定位和PIN3-GFP内吞。同样,CLC2和CLC3功能缺失抑制了蓝光诱导下胚轴PHOT1-GFP内吞和质膜丰度下调。这些结果暗示蓝光诱导下胚轴向光性过程中,网格蛋白与PHOT相互调控。综合以上结果,本研究获得以下初步结论:网格蛋白负调控下胚轴细胞伸长发生在光信号途径和ABP1介导的信号途径下游,但在生长素核信号途径、BR和GA信号途径的上游。在下胚轴向光性中,网格蛋白通过介导PHOT1和PIN3/7内吞,从而调控蓝光诱导的生长素不对称分布和向光性弯曲。