油菜素甾醇调控细胞骨架的细胞和分子机制研究

Brassinosteroids (BRs), a group of plant steroid hormones, and cytoskeleton both play important roles in regulating plant development.Deficiency in BR biosynthesis or signaling leads to abnormal plant phenotypes similar to that of microtubule and microfilament defective mutants. However, we know little about how BRs regulate abnormal cytoskeleton and cell morphological defect. Recently, we have identified many tubulins and their associated proteins interacting with BIN2 by LC-MS/MS. Therefore, we hypothesize that BRs may regulate plant cell shape and size through regulating tubulins and tubulin associated proteins. In this research, we will apply cell biology, genetic and biochemical appraoches to explore the relationship between BIN2 and cytoskeleton proteins to disclosure the mechanism by which how BR regulate plant cell shape and growth. Our study will provide significant insight into how phytohormones regulate plant development.

植物激素油菜素甾醇（BRs）和细胞骨架在植物细胞的发育过程中都起着重要作用。BR的合成及信号通路组分的突变体往往表现出细胞骨架结构被破坏的表型，并因此引起细胞的形态和植物发育的异常。但是对于植物中，BR信号如何调控植物细胞的形态和生长，尤其是BR信号调控细胞骨架的机制所知甚少。在前期研究中，我们采用液相层析和串联质谱的方法，通过分离和鉴定与BR信号通路重要组分BIN2互作的蛋白，发现BIN2与多种微管蛋白和微管结合蛋白相互作用，因此我们推测，BR信号可能通过BIN2直接调控这些微管和微管结合蛋白，来调控细胞的形态和大小。在本研究中，我们将采用细胞生物学、遗传学和生物化学的方法，验证BIN2与多种细胞骨架相关蛋白的互作关系，系统研究BR信号调控细胞形态和生长的详细机制，为深入研究植物激素调节植物生长发育的机制提供重要的理论指导。

植物激素油菜素甾醇（BRs）调控着植物生长发育的各个方面。BRs的合成及信号通路组分的突变体往往表现出细胞骨架结构被破坏的表型，从而引起细胞的形态和植物发育的异常。但是BR信号如何调控植物细胞的形态和生长，尤其是BR信号如何调控细胞骨架结构的机制所知甚少。因此本项目主要研究BR影响植物形态的分子和细胞机理。通过本项目的资助，我们得到了如下的研究结果：（1）我们发现BR信号组分BIN2与细胞微管蛋白Tubulin有直接的相互作用。BR处理影响细胞中微管的排列。BIN2的功能获得性突变体bin2-1中微管更稳定，而BIN2的缺失突变体bin2-3bil1bil2中微管更不稳定，推测在体内BR对微管稳定性的调控可能并不主要通过BIN2来调控。（2）我们发现BIN2的活性可以通过乙酰化和去乙酰化调控。去乙酰化酶HDA6与BIN2在体内体外互作，并使BIN2的K189位脱乙酰化后导致BIN2对底物BES1的磷酸化活性减弱，从而促进BR信号的输出。（3）我们发现BR信号重要转录调控因子BES1的量受一类E3连接酶SINATs的调控。SINATs通过与BES1互作介导BES1的降解，从而负调控BR信号。（4）我们还发现BES1进化出一种BES1-L的形式，这种形式介导短的BES1在细胞核中的积累，进而促进BR信号的输出。（5）我们发现BR信号通路的受体复合体的负调控蛋白BKI1的缺失导致BR信号输出的方法。（6）我们同时发现BKI1除了调控BR信号外，过量表达引起果柄的向下生长，这是独立于BR信号组分的表型。我们发现BKI1通过与ERECTA互作，并抑制ERECTA的激酶活性，从而与ERECTA共同调控果柄的向性。综上，我们的研究对认识BR信号途径的精细分子机制以及BR调控植物生长发育和器官发生有重要的理论意义。