拟南芥细胞质膜类受体激酶RLKx在细胞外ATP信号转导中的作用

As an essential apoplast signal molecule, extracellular ATP (eATP) plays multiple roles in plant growth & development regulation and stress response. The molecular perception mechanism of eATP on the surface of plasma membrane is a key topic in signal transduction of eATP. Our previous research found that RLKx, a receptor-like kinase in plasma membrane, participated in eATP-regulated root growth, and heterotrimeric G protein may associated with RLKx. In this program, to verify the role of RLKx in eATP signal transduction, Arabidopsis thaliana will be used as material, 5 items are planned to be investigated: (1) The role of RLKx in eATP-regulated root growth; (2) The binding affinity of extracellular domain of RLKx with ATP; (3) The interaction between RLKx, RGS1 and heterotrimeric G protein; (4) The tissue and cellular localization of RLKx in roots; (5) The role of RLKx in eATP-regulated Ca2+ influx, auxin transport & accumulation, expression of functional genes. The research will be of good help for understanding eATP sensing mechanism in plasma membrane of plant cells.

作为植物质外体中重要的信使分子，细胞外ATP（eATP）在生长发育和胁迫反应过程中发挥调控作用。细胞质膜表面感受ATP的分子机制是eATP信号转导机制的核心问题之一。本课题组前期研究发现，拟南芥细胞质膜类受体激酶RLKx可能参与了eATP调控根生长的过程，RLKx与异三聚体G蛋白可能有关联。为阐明RLKx在eATP信号转导中发挥的作用，本项目以拟南芥为材料，拟开展以下几方面研究：（1）RLKx在eATP调控拟南芥幼苗主根生长过程中的作用；（2）RLKx细胞外结构域和ATP的结合能力；（3）RlKx、RGS1和异三聚体G蛋白之间的互作；（4）RLKx的组织和细胞定位；（5）RLKx在eATP调控细胞质膜钙通道活性、生长素运输积累、功能基因表达过程中的作用。项目对于揭示植物细胞质膜上eATP感受机制具有重要的理论意义。

作为一种重要的细胞外信使分子，细胞外ATP（eATP）参与调控植物生长发育和胁迫响应过程。细胞膜表面eATP感受机制目前还需要进一步解析。本项目采用多种研究手段，对拟南芥细胞膜表面的两种类受体激酶—RLKx和RLKy—在eATP调控幼苗生长过程中发挥的作用和可能的作用机制进行了探究。结果显示，外源ATP处理显著抑制了野生型幼苗主根和下胚轴的伸长生长，并且引起了明显的弯曲反应；在RLKx或RLKy基因的单、双缺失突变体中，eATP引起的生理反应明显减弱甚至消失。体内和体外结合实验都证明两种类受体激酶能够互作。RLKx和RLKy的胞外域能结合微摩尔水平的ATP，二者结合互作时ATP结合能力显著增强。RLKy能够与异三聚体G蛋白信号调节蛋白1（RGS1）结合互作。在RLKx和RLKy双缺失突变体中，eATP处理引发的根尖和下胚轴中生长素不对称分布以及一些功能基因（尤其参与JA合成的关键酶）表达量升高都没有出现。据此推测，RLKx和RLKy有可能结合形成受体复合物，共同参与eATP的结合和响应。本项目结果为阐明eATP调控拟南芥幼苗生长发育的信号转导机制提供了新的、有力的证据。