应力作用下三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）调节拟南芥根系生长发育规律研究

Apyrase can not only hydrolyze ATP which acts as energy substance, but also can control the concentration of extracellular ATP to involve in a series of signal transduction. Apyrase has significant regulating in plant growth and development. On the other hand, plant growth and development is regulated by mechanical stress and osmotic pressure from medium. Based on long-term research of plant biomechanics in our lab, the project could establish a loading model of interaction between controllable stress and osmotic pressure through combining with technologies in mechanics, cytology and molecular biology. Using mutants of Arabidopsis thaliana as the important study resource, such as APY1-7 knockout , APY1-7 over expression, APY:GUS, APY:GFP, we will focus on the rule of root structure’s change, the rule between Apyrase, extracellular ATP, cytoskeleton and stress, and investigate the role of Apyrase and eATP and their downstream signal transduction in root development, therefore build a model of mechanical stress-root development. The result could enrich comprehension of factors regulating plant growth and development, and of signal transduction. The result will contribute to development of agricultural production and plant energy.

三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）不仅能水解能量物质ATP，还能控制植物细胞外ATP浓度从而参与一系列信号转导过程，该酶对植物生长发育有重要的调控作用，另一方面植物根的生长发育也会受到介质应力和渗透压力调控。本项目基于实验室长期植物生物力学的研究积累，结合力学、细胞及分子生物学方法，建立可控应力及渗透压交互作用加载模型，以拟南芥APY1-7 敲除, APY1-7 过表达, APY:GUS, APY:GFP等突变体为研究资源，分析植物根系形态、形态结构建成的时空变化规律，以及Apyrase、胞外ATP、细胞骨架等参数与应力之间的变化规律，探讨Apyrase调控的ATP信号及下游信号转导在植物根系生长发育中的作用机制，并建立相应的力发育模型。本研究将进一步揭示植物根系生长发育的调控因素及其信号转导的机制，其研究将对农业增产、生态保护、植物能源等方面具有重要现实意义。

植物根系结构的形成和生长发育受内外因素的共同调节，大量研究证实接触刺激是影响根系生长行为的重要因素之一。三磷酸腺苷双磷酸酶(apyrase)能够调控胞外基质中 ATP(e ATP)的浓度，在植物生长发育中具有十分重要的作用。但是apyrase及eATP信号是否也在植物根系的接触刺激响应过程中发挥作用还未见报道。因此本项目研究建立了对植物根系实现持续机械刺激的加载平台，以模式植物拟南芥主根为研究对象，定量研究野生型(WS)与APY1-7突变体主根在器官、细胞水平上响应接触刺激的差异。通过引入高灵敏度的实时生物传感技术建立了检测eATP浓度的方法，研究了apyrase表达与eATP浓度差异在拟南芥主根响应接触刺激中的作用规律。进一步结合细胞骨架的活体观测实验，研究了apyrase与细胞骨架结构和排布在主根接触刺激响应中的相互关系。研究阐明了apyrase及eATP在拟南芥主根响应接触刺激中具有十分重要的调控作用，为以后apyrase功能的完整阐明提供了宝贵的线索，是对现有apyrase和接触刺激在调控植物生长发育作用理解的重要补充。同时，研究结果对促进农作物的增产、增收具有重要现实意义，并对抗干旱的应对策略也有重要的指导作用。, primary roots of arabidopsis thaliana, , , mechanical stimulation