Angustifolia 调控生长素输出蛋白PIN1极性定位和叶表皮细胞形态建成

Arabidopsis leaf pavement cell has interlocking jigsaw-puzzle shape, which provides an ideal model system to investigate cell morphogenesis and cell-to-cell communication. It has been reported that auxin activates the Rho small GTPase ROP2 and ROP6 signals to coordinate the formation of lobes and indentations respectively. However, the new components involved in ROP signaling are still need to be uncovered. In this study, we used forward genetics method to screen enhancers in ROP6 overexpression background, and found an enhancer mutant, whose gene encoding Angustifolia. The mutation could enhance pavement cell phenotypes induced by ROP6 overexpression. Our preliminary results have shown that Angustifolia not only regulates polar localization of auxin transporter PIN1 in leaf pavement cells, but also controls ROP6 activity. Based on previous work, we will further study the connection between Angustifolia and PIN1 trafficking and identify Angustifolia-interacting proteins, which will explains the mechanism of Angustifolia involved in ROP6-dependent signaling in the regulation of leaf pavement cell morphogenesis. This study will not only make us better understand the mechanism of cell morphogenesis but also contribute to better know the mechanism of plant growth and development through cell biology level.

拟南芥叶表皮细胞具有相邻细胞锯齿状嵌合的形状，是研究细胞形态发生和细胞-细胞信号传递的理想模式系统。近几年的研究表明，生长素激活ROP2和ROP6信号分别调控细胞凸起和凹陷的形成。但是，参与ROP信号通路的新组分还有待于进一步挖掘。本研究通过正向遗传学方法在ROP6过量表达背景下筛选到了一个增强子Angustifolia，该基因突变能加剧ROP6过量表达的叶表皮细胞表型。我们的初步研究结果表明，Angustifolia调控叶表皮细胞中生长素运输蛋白PIN1的极性定位，并能影响ROP6活性。在此工作基础上，将进一步探索Angustifolia调控PIN1囊泡运输，以及通过筛选Angustifolia互作蛋白，明确Angustifolia参与ROP6 信号调控细胞形态发生的分子机制。该研究不仅有助于深入了解细胞形态发生的分子机制，同时对植物生长发育的细胞水平调控提供理论依据。

植物的叶片发育与作物的产量密切相关。植物的叶片表皮主要由锯齿状嵌合生长的铺板细胞构成。这种独特的形状，增加了细胞之间的信号交流，维持叶片的机械支撑力，并决定了叶片的生长发育与形态。然而，调控叶片表皮铺板细胞形态建成的分子机制还不太清楚。拟南芥叶表皮铺板细胞呈现为锯齿状嵌合的形状，是研究细胞形态发生和细胞-细胞信号传递的模式系统。近几年的研究表明，生长素信号激活ROP2和ROP6分别调控细胞凸起和凹陷的形成，但是具体机制还不清楚。参与ROP6信号通路的新组分还有待于进一步挖掘。本课题通过正向遗传学方法在ROP6过量表达背景下筛选到了一个增强子Angustifolia，与动物CtBP/BARs同源该基因突变能增强ROP6过量表达的叶表皮细胞表型。我们的研究结果表明，Angustifolia调控叶表皮细胞中生长素运输蛋白PIN1的极性定位，并能影响ROP6活性。通过筛选Angustifolia互作蛋白，发现与Angustifolia互作的3个蛋白激酶AIK1/2/3。此外，还通过在an-2突变体背景下筛选增强子，发现一个假定微管蛋白IPGA1突变能增强an-2的表型。我们的实验结果表明AN和IPGA1能相互作用，并且能共定位于类似于微管的结构。我们推测AIK-AN-IPGA1是不依赖于ROP6参与细胞形态建成。该研究不仅有助于深入了解细胞形态发生的分子机制，同时对植物生长发育的细胞水平调控提供理论依据。