P2SA 介导PHOT2调节拟南芥下胚轴向光弯曲机制分析

向光素（PHOT1和PHOT2）调节强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲表现为功能冗余。这种功能冗余性限制了人们对PHOT2信号转导机制的深入研究。为此，我们以拟南芥phot1突变体为材料，通过EMS诱变筛选强蓝光不敏感突变体，避开了PHOT1基因的干扰，并成功克隆到P2SA基因。该基因突变后拟南芥下胚轴弯曲正常，但phot1p2sa双突变植物表现为强蓝光诱导的下胚轴向光弯曲消失，暗示P2SA基因可能位于PHOT2下游参与调节下胚轴向光弯曲反应。本课题拟通过生物信息学和分子生物学对P2SA基因结构、组织表达、亚细胞定位进行分析；在此基础上，利用激光共聚焦显微、膜片钳以及体内双分子荧光互补等技术在生理和分子水平研究基因功能；结合强蓝光下突变体、野生型及功能回补植株的表型比较分析，以揭示该基因介导PHOT2调节强蓝光诱导下胚轴向光弯曲机制，构建其信号转导模式，为植物适应高光环境的机制研究提供途径。

蓝光受体向光素PHOT1和PHOT2介导强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲表现功能冗余，限制了人们对PHOT2功能的研究。本项目以拟南芥phot1突变体为材料，通过EMS诱变筛选PHOT2下游信号调节子P2SA (Phototropin2 Signaling Associated)。克隆到基因P2SA1，该基因编码一个ABC转运蛋白，定位于细胞质膜。随后探讨P2SA1参与调节下胚轴向光弯曲的机制，发现：1.P2SA1特异调节强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲反应，并不调节弱蓝光反应，P2SA1和PHOT2基因表达被强蓝光显著诱导（PHOT1基因表达被强蓝光抑制），PHOT2基因突变明显抑制强蓝光诱导的P2SA1基因表达，暗示P2SA1可能位于PHOT2下游介导强蓝光诱导的下胚轴向光弯曲；2. 光敏色素激酶底物1(PKS1) 分别与PHOT2和P2SA1发生相互作用，表明PKS1搭起PHOT2与P2SA1之间信号传递；3. 强蓝光诱导的拟南芥下胚轴向光弯曲，主要受控于PHOT2调节的下胚轴细胞内钙库Ca2+ 释放引起胞质Ca2+ 的瞬时增加，不依赖于PHOT1介导的胞外Ca2+ 的内流；4. P2SA1基因的突变，严重阻碍了生长素在拟南芥下胚轴中的侧向和纵向运输，表现缺失强蓝光诱导的生长素在下胚轴中的侧向梯度分布，结合NPA（生长素外流载体抑制剂）抑制强蓝光诱导下胚轴胞质Ca2+ 的增加和抑制向光弯曲，推测P2SA1调控PHOT2介导的强蓝光诱导的下胚轴向光弯曲反应，可能依赖于其对生长素和Ca2+ 在下胚轴中侧向梯度形成的调控。综上所述，项目进展顺利，鉴定到一个调控强蓝光诱导拟南芥下胚轴向光弯曲的关键信号分子P2SA1，阐述了PHOT1和PHOT2差异调节强蓝光反应的分子机制，达到预期研究目标。项目执行期间，负责人以第1作者在Plant physiology、New Phytologist、JIPB以及植物学报等国内外重要学术期刊上发表学术论文4篇，受邀出国参加国际会议3次。