雷帕霉素靶蛋白调控马铃薯钾素吸收的分子机制研究

Target of Rapamycin (TOR) is the core factor that regulates the growth and development of plants. Our previous study found that TOR signaling played an important role in the potassium uptake of potato, but its mechanism remains to be elucidated. We found that StTPA46, a downstream substrate of StTOR, may interact with StCIPK23, a regulatory protein of the potassium channel StAKT1, by phosphoproteomics and yeast Two-Hybrid library screening. Therefore, this project aims to elucidate the role of StTAP46-StCIPK23 pathway in potato. Firstly, we will study the interaction of StTAP46 and StCIPK23. Secondly, we will examine the effects of StTAP46-StCIPK23 pathway in potato potassium uptake. Finally, the mechanism of StTAP46-StCIPK23 pathway in regulating potato growth and tuberization will be determined. Our project could provide mechanistic insights into the effects of TOR signaling on potassium uptake, and provide important molecular markers for breeding of potato varieties resistant to low potassium stress.

雷帕霉素靶蛋白（Target of Rapamycin，TOR）是调控植物生长发育的核心因子。我们前期研究发现TOR信号通路在马铃薯（Solanum tuberosum）钾素营养吸收中具有重要调控作用，但其具体作用机制尚待阐明。我们通过磷酸化蛋白质组学和酵母双杂交文库筛选初步发现马铃薯TOR(StTOR)下游底物StTAP46可能与钾离子通道StAKT1的调控蛋白StCIPK23存在相互作用。据此，本项目以StTAP46-StCIPK23互作为核心，拟从以下三方面进行研究：1）StTAP46与StCIPK23的相互作用及调控机制；2）StTAP46-CIPK23在马铃薯钾素吸收中的功能；3)StTAP46-StCIPK23调控马铃薯生长发育的分子机制。本课题期望通过上述研究揭示StTOR信号通路调控马铃薯钾素吸收的分子机理，同时研究结果将为马铃薯抗低钾逆境品种的选育提供重要的分子标记。

钾是马铃薯生长发育、块茎品质形成所必需的大量营养素之一。雷帕霉素靶蛋白（TOR）是一个重要的营养信号整合因子，在调节真核生物的营养吸收及代谢中起着至关重要的作用。然而，目前尚不清楚TOR途径与马铃薯钾素钾吸收之间是否存在联系。本研究利用RNA-Seq、Real-time PCR、酵母双杂交文库筛选、双分子荧光互补实验及免疫共沉淀实验等技术研究了TOR信号通路调控马铃薯钾素吸收的分子机制：（1）TOR活性的抑制显著影响马铃薯对钾素的吸收，在植物中一些钾转运蛋白和钾离子通道基因的表达受到TOR活性的调节；（2）TOR的直接下游效应子TAP46与拟南芥和马铃薯中的CIPK23具有直接相互作用；（3）TOR通过TAP46调控CIPK23-AKT1影响钾素吸收，不依赖CIPK23-AKT1上游的CBL1/9调控元件；（4）TOR信号通路可以通过调节钾素吸收及其他信号影响马铃薯块茎形成。综上所述，在本研究中我们揭示了TOR信号和CIPK23-AKT1通路在马铃薯钾素吸收中的联系，为利用分子手段对马铃薯进行遗传改良提供了重要的理论依据。