本文關(guān)鍵詞：擬南芥MAP18通過調(diào)控ROP2活性調(diào)節(jié)根毛頂端生長的分子機制研究

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【摘要】：根毛是植物根表皮細胞向外突起伸長形成的管狀結(jié)構(gòu),在植物吸收水分、營養(yǎng)物質(zhì)及與外界環(huán)境相互作用的過程中發(fā)揮重要功能。此外,作為典型的進行頂端生長的植物細胞,根毛是真核細胞中研究細胞極性建立、維持以及形態(tài)發(fā)生的模式系統(tǒng)之一,對根毛頂端生長調(diào)控機制的研究具有重要的生物學(xué)意義。研究表明,根毛細胞的頂端生長受Ca2+、囊泡運輸、細胞骨架、小G蛋白、活性氧等多種因素調(diào)控。ROP GTPases是一類植物中特有的小G蛋白,參與調(diào)控植物生長發(fā)育的眾多生理過程。ROP GTPases作為細胞中重要的分子開關(guān),其活性的精密調(diào)控對于發(fā)揮功能至關(guān)重要。研究表明ROPs參與調(diào)控擬南芥根毛的生長發(fā)育。其中ROP2定位于根毛的起始部位以及生長根毛的頂端質(zhì)膜(Plasma membrane,PM)上,調(diào)控根毛的起始以及極性生長。本實驗室之前報道MAP18(Microtubule-associated protein 18)是既能結(jié)合微管又能結(jié)合微絲的蛋白,在進行極性擴張性生長的葉片鋪板細胞和下胚軸表皮細胞中作為微管的去穩(wěn)定因子調(diào)控周質(zhì)微管的組織動態(tài),進而調(diào)節(jié)細胞的極性生長;而在進行頂端生長的花粉管中,MAP18通過其鈣依賴的切割微絲活性調(diào)控微絲的組織動態(tài),調(diào)節(jié)花粉管的生長方向。MAP18在根毛中有很高的表達水平,暗示了 MAP18很可能在根毛中發(fā)揮重要生理功能。本論文通過觀察MAP18與ROP2單突變體、雙突變體及過量表達植株的根毛表型發(fā)現(xiàn)MAP18有可能參與ROP2信號途徑對根毛頂端生長的調(diào)控。此外,體內(nèi)與體外的生化實驗證據(jù)表明MAP18可以與ROP2直接結(jié)合,并且更傾向結(jié)合無活性形式的ROP2(包括與GDP結(jié)合的ROP2和負顯性突變的DN-ROP2)。體外效應(yīng)子結(jié)合實驗和體內(nèi)GFP-ROP2定位的觀察及量化分析表明,MAP18能夠正調(diào)控根毛頂端ROP2的活性。進一步的研究顯示MAP18是通過與AtRhoGDI1/SCN1(RhoGTPase GDP dissociation inhibitor 1/Supercentipede 1)競爭結(jié)合無活性的 ROP2,從而有利于根毛頂端ROP2的激活,調(diào)控根毛的生長發(fā)育。隨后又對MAP18氨基酸序列進行比對分析,并構(gòu)建了MAP18截斷突變體蛋白進行功能結(jié)構(gòu)域的研究,發(fā)現(xiàn)MAP18蛋白N端的23個氨基酸(N23)是MAP18與ROP2作用的關(guān)鍵片段,截除N23片段后的MAP18△N23蛋白不能與ROP2結(jié)合,也不能與AtRhoGDI1/SCN1競爭結(jié)合無活性的ROP2。同時利用MAP18的VEEKK基序點突變蛋白進行研究發(fā)現(xiàn),喪失MAP18切割微絲的活性并不會影響其與無活性的ROP2的結(jié)合,結(jié)合藥理學(xué)實驗,本研究認為MAP18對根毛中ROP2活性的調(diào)控獨立于MAP18與微絲和微管的相互作用。此外,本論文還發(fā)現(xiàn)MAP18在根毛頂端也能切割微絲調(diào)控微絲的組織動態(tài),影響根毛中細胞核的正確定位。綜上所述,本論文發(fā)現(xiàn)MAP18在根毛中既能作用于微絲骨架調(diào)控細胞核的正確定位,也參與ROP2信號途徑調(diào)控根毛的頂端生長。MAP18通過與ROP2活性的負調(diào)控因子AtRhoGDI1/SCN1之間的競爭作用,調(diào)節(jié)根毛頂端ROP2活性,以及根毛的頂端生長。本研究闡述了 MAP18參與ROP2信號途徑調(diào)控根毛生長的機制,也揭示了植物細胞極性生長調(diào)控中,對于ROPs活性調(diào)控的新機制,有助于深入理解植物細胞極性生長和形態(tài)建成的調(diào)控機理以及真核細胞中Rho GTPases的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制,具有重要的科學(xué)理論意義。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q945

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 Deshu Lin;Huibo Ren;Ying Fu;;ROP GTPase-mediated auxin signaling regulates pavement cell interdigitation in Arabidopsis thaliana[J];Journal of Integrative Plant Biology;2015年01期

2 Fangwei Gu;Erik Nielsen;;Targeting and Regulation of Cell Wall Synthesis During Tip Growth in Plants[J];Journal of Integrative Plant Biology;2013年09期

3 ;ROP11 GTPase is a Negative Regulator of Multiple ABA Responses in Arabidopsis[J];Journal of Integrative Plant Biology;2012年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張焱;擬南芥MAP18調(diào)控花粉管生長方向的機理研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號：1285779