NtGNL1调控根极性生长的分子和细胞机制

根系发育是一个典型的发育生物学研究模式。已发现ARF-GEF家族的GNOM和GNL1共同调控其中的极性发育过程，如根系轴向的建立，根尖的伸长，根系的向水性等。但具体的发育调控机制尚不清楚。本研究的前期工作克隆了烟草中的首个ARF-GEF，NtGNL1基因，RNAi转基因烟草中出现了根生长缓慢、侧根发生和根毛极性生长异常等多种表型。本课题拟以此为基础，结合生物信息学方法首先获得其全部同源等位基因，研究它们在发育调控中如何互补协作，调控根的极性生长；进而探讨其上下游的互作基因，明确其调控途径；同时，重点探讨其功能相关途经与生长素极性运输的关系，为研究根系发育的分子机制提供新的线索及突破口。

本研究通过转基因RNAi、寡核苷酸（ODN）抑制以及荧光染料和激光共聚焦显微镜亚细胞结构层次观察等方法探讨烟草NtGNL1基因在根系发育等极性生长过程中的功能机制，通过荧光亚细胞定位实验确定该基因的蛋白产物定位于细胞高尔基器反面网络，而RNAi与ODN实验均证实该基因的功能参与了细胞内囊泡流动、物质内吞/分拣乃至极性建立、极性生长的各个环节，抑制其表达后上述细胞过程均出现异常；同时用同源克隆、RACE技术获取全长以及生物信息学和比较基因组学的研究方法发现：四倍体栽培烟草中一共有8个大分子核糖化因子鸟苷酸交换因子（large ARF-GEF）家族的基因，其中5个属于GBG亚家族，3个属于BIG亚家族，加入桃、拟南芥以及中国古代莲的基因组中的该家族基因后，发现在大分子ARF-GEF基因家族的进化过程中，烟草中出现了GNOM和GNL1基因加倍的现象，尤其是信息分析中发现烟草中5个GBG家族基因中有4个与根系统的向水性有密切联系，烟草的8个ARF-GEF家族基因中仅一个（NtBIG1）对真菌毒素布雷德菌素A（BFA）具有抗性，而拟南芥的花粉耐受BFA处理可能与它的GNL1基因能够耐受BFA有关。