酪氨酸蛋白磷酸酶PTP19/PTP20调控拟南芥开花时间的机制研究

Flowering time is tightly regulated by a combination of a variety of environmental and endogenous signals. It is still not well understood how does plant integrate these complex signals into the initiation of flowering, but protein phosphorylation / dephosphorylation cascade has been shown to plays an important role in regulating this process. Our preliminary study showed Arabidopsis plants overexpressing a protein tyrosine phosphatase PTP19 and its homologous gene PTP20 show early flowering phenotype. Correspondingly, knocking down the expression of PTP19 by T-DNA insertion made the plant flowering late. Here we propose to use a combination of plant physiology, genetics, and molecular biology experiments to study the mechanism of PTP19 and PTP20 in regulating Arabidopsis flowering, and use yeast two hybrid, immunoprecipitation methods to dug PTP19 and PTP20 interacting proteins. Our study will not only identify several new flowering control genes, but will also added new insight into the regulation of flowering by protein phosphorylation/dephosphorylation mechanism.

植物整合多种外界环境和内源的信号对开花时间进行着精确调控。蛋白质的磷酸化/去磷酸化在已知的植物开花时间调控网络中发挥着重要作用。本人前期研究初步发现酪氨酸蛋白磷酸酶PTP19及其同源性最高的基因PTP20，过表达时拟南芥转基因植株与野生型相比均早花，对应的ptp19 T-DNA敲减突变体与野生型相比晚花。本项目拟结合植物生理学、遗传学和分子生物学等多种手段对PTP19/PTP20过表达转基因植物及表达量下调的突变体进行研究，并利用酵母双杂交和免疫沉淀技术寻找互作蛋白，旨在解析PTP19/PTP20调控拟南芥开花时间的机制。此研究对于深入揭示蛋白质可逆磷酸化对植物开花时间的调节机制具有重要意义。

蛋白质的磷酸化和脱磷酸化在植物的开花时间和盐胁迫响应过程中发挥着重要的作用，但是目前拟南芥中酪氨酸蛋白磷酸酶(Protein Tyrosine Phosphatase, PTPs)在此方面的报道还较少。我们发现拟南芥酪氨酸蛋白磷酸酶PTP19和PTP20过表达植株开花时间早于野生型，但是突变体表型不太稳定。我们发现盐处理导致拟南芥PTP19的转录水平升高。ptp19功能敲减突变体对盐胁迫表现出不敏感的表型，在盐胁迫条件下，ptp19的萌发率、存活率及叶绿素含量均显著高于野生型，而离子渗透率、ROS含量和盐诱导的下游基因表达则显著低于野生型。PTP19自身启动子融合基因组DNA在突变体中表达后可以恢复突变体对盐不敏感的表型，而高表达PTP19对盐处理超敏感，同时还表现出早衰和早花的表型，说明PTP19可能通过影响ROS途径负调控植物的盐胁迫响应。. PTP19主要定位在细胞核中，在种子萌发阶段的胚根、幼苗期的根部和莲座叶等部位均有表达;PTP19亚细胞定位不受盐的影响，但是蛋白水平在盐处理后受到抑制。我们通过对PTP19进行蛋白磷酸酶活性分析，证明PTP19具有酪氨酸蛋白磷酸酶活性，将其保守的酶活性位点中的第112位的半胱氨酸突变为丝氨酸后，酪氨酸蛋白磷酸酶活性消失，将该点突变的形式在拟南芥中过表达时不再有早花、早衰的表型并且对盐胁迫不再超敏感，说明酶活位点对PTP19发挥功能起着至关重要的作用。 综上所述，我们的研究发现拟南芥酪氨酸蛋白磷酸酶PTP19在植物生长发育和盐胁迫适应中发挥着重要功能，为研究酪氨酸蛋白可逆磷酸化在植物生长发育和环境适应中的作用提供了新的思路。