ABA参与拟南芥响应（微）重力刺激的调控机制

The result of Shenzhou-8 spacecraft experiment and other plant gravitropism studies show that gravity changes affect plant cell signal transduction pathways and metabolism. The interactions among plant hormones signaling and the modification of cell wall metabolism are the most important changes. Auxin transport protein PIN is critical in the process of gravitropism. Different signaling pathways regulat PIN at different levels. In this study, we first intend to study the asymmetric distribution of ABA in root gravitropism and the influence of ABA balance, which regulates the dynamic balance of auxin in plant gravitropism through endocytosis of PIN and PIN protein to plasma membrame. Secondly, we intend to study the infuence of ABA on the dynamic balance of PIN proteins through regulating auxin receptor proein (ABP1) and SCFTIR/AFB ubiquitination degradation pathway, with the aim to study the effect on cell wall and relationship between the changes of PIN protein and the change of cell wall in Arabidopsis responding altered gravity. In SJ-10 experinment, we will study the influence of ABA on distribution of PIN proteins in Arabidopsis under microgravity. The molecular mechanism of the interaction between ABA and auxin on plant response to gravitropism will be better understand by microgravity experiments and ground gravitropic experiments.

“神舟八号”飞船的实验结果和植物向重性研究均显示重力变化影响植物细胞内信号转导途径和代谢通路，其中最重要的是植物激素之间的相互作用途径和细胞壁的代谢途径变化。在植物向重性反应过程中，PIN蛋白对生长素的极性运输极为关键，不同信号途径可从不同层面对PIN蛋白进行调控。本课题首先拟研究ABA在向重性过程中的不对称分布状况，ABA影响PIN蛋白的胞吞作用和从胞内向质膜再周转的平衡，调控生长素的动态平衡响应重力反应；其次深入研究ABA调控生长素受体ABP1和SCFTIR1/AFB泛素化降解途径影响PIN蛋白动态平衡中的作用，揭示它们的变化对细胞壁的影响以及和细胞壁变化的关系，并影响植物向重性。同时，本研究还拟通过“实践十号”返回式科学实验卫星搭载实验材料，探讨微重力条件下ABA对PIN蛋白在质膜分布的影响。结合飞行实验和地基植物向重性研究认识ABA和生长素相互作用响应重力变化的分子机理。

本研究以“神舟八号”飞船的转录组数据为起点，发现在微重力环境下植物激素之间的相互作用与地面上有较大的不同，这暗示了植物激素在重力响应过程中的重要性。而ABA在向重性过程中的作用尚存争议，为此我们想明确ABA在植物向重性过程中的作用究竟为何。我们亦试图探究ABA对生长素运输载体PIN蛋白是否/如何影响，以及如何通过这些影响来调控向重性。经研究我们发现，ABA可以抑制拟南芥初生根的向重性。向重性的减弱是因为根尖顶向生长素流的削弱。进一步研究表明，ABA通过抑制PIN2蛋白的合成削弱PIN2的丰度，从而减少了顶向生长素流抑制向重性。此外，我们还发现地上部分的ABA能基向调控主根的伸长。但ABA本身并不扩散到根系，ABA通过促进生长素的基向运输将自身信号传导到根系。此外，ABA还可以通过促进根尖细胞壁的“碱性化”加速细胞伸长。本研究首先肯定了ABA在向重性过程中的作用，而后对其机理进行了阐述。这有助于丰富我们对植物重力响应的认知。我们还证明了ABA的基向调控作用。这丰富了我们对ABA的生理功能，和植物跨器官信号交流的认知。根尖细胞壁的“碱性化生长”，既可以作为酸生长理论的补充，也丰富了我们对细胞伸长的基本机制的认知。