拟南芥TWD1蛋白调控ABC转运蛋白介导的生长素轭合物运输与细胞内生长素平衡

Auxin plays an important role in promoting plant growth and development, while higher concentration of auxin will inhibit plant growth. The extra free, active IAA is thought to turn into the inactive forms, IAA conjugates, into organelles of the cell, or following by degradation, thus, auxin conjugates play an important role in maintaining intracellular auxin homeostasis. However, up to now, it is unclear how IAA conjugates are transported into organelles for intracellular auxin homeostasis. Our preliminary results indicated the ABC transporter ABCC1 at the tonoplast is involved in auxin conjugate transport. The in vitro data showed TWD1-ABCC1 interaction, while it is unclear if they interact each other in planta. In this proposal, we plan to identify the activity of the vacuolar ABC transporter ABCC1 for auxin conjugate transport. Then, the interaction between TWD1 and ABCC1 in planta will be analyzed. Furthermore, we will analyze the relation between the plant phenotype and the concentration of auxin and auxin conjugates. Finally, we will clarify how TWD1 regulate the activity of ABCC1, thus, affecting intracellular auxin homeostasis, and regulating plant growth and development.

生长素在促进植物生长发育过程中起着非常重要的作用，但高浓度的生长素往往抑制植物的生长。过量有活性的自由生长素（IAA）可转变成无活性的生长素轭合物（IAA conjugates）在细胞器中贮存起来，因此生长素轭合物对于维持细胞内生长素浓度平衡至关重要。然而，迄今为止，生长素轭合物如何被运入细胞器并调控细胞内生长素平衡还不清楚。我们发现拟南芥液泡膜上的ABC转运蛋白ABCC1与生长素轭合物运输相关。体外实验表明，调控生长素运输的TWD1蛋白能和ABCC1相互作用，但是TWD1是否在植物体内调控ABCC1的功能还不清楚。本课题拟解析拟南芥ABCC1蛋白运输生长素轭合物的功能，弄清TWD1与ABCC1在植物体内的相互作用；阐明TWD1如何调控ABCC1的活性，及其对细胞内生长素平衡的影响，进一步分析植物体内IAA及IAA轭合物含量与植株表型的关系，为解释生长素如何调控植物生长发育提新的理论依据。

生长素是促进植物生长发育的一种重要激素。生长素轭合物的形成和区室化调控了细胞内的生长素浓度平衡，而生长素轭合物运输在这一过程起着至关重要的作用。目前，关于生长素轭合物运输的机理还不清楚。我们克隆了拟南芥ABC转运蛋白ABCC1，通过植物和酵母系统的转运实验，鉴定了ABCC1能够运输生长素轭合物IAA-Asp和IAA-Ala，并将其在液泡中进行区室化贮存；ABCC1通过运输生长素轭合物改变了细胞内生长素的浓度平衡，调节了植物根尖的向地性运动。TWD1蛋白和ABCC1蛋白在液泡膜上均有表达，通过烟草细胞中的双分子荧光互补（BiFC）实验，证明了TWD1与ABCC1在植物体内的相互作用，暗示了TWD1对ABCC1功能的调控。用IAA轭合物处理野生型和突变体植株，发现植物的下胚轴、主根、侧根、根毛等表型都受到了影响。我们鉴定的生长素轭合物转运蛋白ABCC1，是世界上第一个被发现的生长素轭合物转运蛋白。对ABCC1调控细胞内生长素浓度平衡机理的研究，为更深入的解释生长素调控植物生长发育提供了新的理论依据。