本文關鍵詞：擬南芥MAP18通過調控ROP2活性調節(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構,在植物吸收水分、營養(yǎng)物質及與外界環(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,對根毛頂端生長調控機制的研究具有重要的生物學意義。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控。ROP GTPases是一類植物中特有的小G蛋白,參與調控植物生長發(fā)育的眾多生理過程。ROP GTPases作為細胞中重要的分子開關,其活性的精密調控對于發(fā)揮功能至關重要。研究表明ROPs參與調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膜(Plasma membrane,PM)上,調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)是既能結合微管又能結合微絲的蛋白,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)定因子調控周質微管的組織動態(tài),進而調節(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控微絲的組織動態(tài),調節(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直接結合,并且更傾向結合無活性形式的ROP2(包括與GDP結合的ROP2和負顯性突變的DN-ROP2)。體外效應子結合實驗和體內(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)競爭結合無活性的 ROP2,從而有利于根毛頂端ROP2的激活,調控根毛的生長發(fā)育。隨后又對MAP18氨基酸序列進行比對分析,并構建了MAP18截斷突變體蛋白進行功能結構域的研究,發(fā)現(xiàn)MAP18蛋白N端的23個氨基酸(N23)是MAP18與ROP2作用的關鍵片段,截除N23片段后的MAP18△N23蛋白不能與ROP2結合,也不能與AtRhoGDI1/SCN1競爭結合無活性的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的結合,結合藥理學實驗,本研究認為MAP18對根毛中ROP2活性的調控獨立于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控細胞核的正確定位,也參與ROP2信號途徑調控根毛的頂端生長。MAP18通過與ROP2活性的負調控因子AtRhoGDI1/SCN1之間的競爭作用,調節(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信號途徑調控根毛生長的機制,也揭示了植物細胞極性生長調控中,對于ROPs活性調控的新機制,有助于深入理解植物細胞極性生長和形態(tài)建成的調控機理以及真核細胞中Rho GTPases的信號轉導機制,具有重要的科學理論意義。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q945

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：1285779