拟南芥新型液泡阴离子通道（VSAC1和VSAC2）介导细胞水势调控的分子机制研究

The growth, development, and reproduction of plants require sufficient water. Water scarcity can be lethal to plants. How plants response to drought condition is an important question constantly. The central vacuole in a plant cell takes majority of the volume through controlling water potential, but which proteins are involved in the water flow and the regulation process is still unknown. On the basis of plant ion membrane transport study of Arabidopsis DTX family in our lab, two anion channels on vacuole VSAC1 and VSAC2 were selected. The double mutant of these two genes showed obvious phenotype of resistance to drought. This project will analyze how the anion channels are involved in vacuole water flow, further isolated interaction factors of these two channels to study the regulation process. This will provide more knowledge of the importance of anion in resistance to abiotic stress, meanwhile this will give a new model to understanding the regulation of vacuole water flow. So this study will own important scientific significance and application value.

水分在植物的生命活动中起到极大的作用，干旱胁迫是植物逆境研究的重要方面，植物响应干旱的分子机制一直倍受人们关注。液泡是保持细胞水分最重要的细胞器，但液泡膜上何种分子担当了调节吸水失水这一动态过程，迄今为止，仍不清楚，其调控途径更是一片空白。本实验室在研究植物离子的跨膜转运的基础上，偶然发现两个液泡膜上的新型阴离子通道，属于DTXs家族，其双突变体表现出明显的耐旱表型。本项目在此基础上力求解析VSAC1和VSAC2阴离子通道如何参与液泡水分运动的分子机制，首先在细胞学上观察突变体的表型同时研究通道的功能，进一步分离互作修饰因子，探索重组转运调控途径，这将加深了解阴离子在植物抗逆过程中起到的重要作用，同时，也为液泡水势的调控机制提供可以借鉴的模式，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

水分是植物生命活动的基础，干旱胁迫是农业生产中面临的最大的非生物胁迫问题，尤其在贫瘠或半贫瘠的地区。液泡是植物保持水分最重要的细胞器，膨压是维持细胞形态和功能的基础。之前对膨压的调控多集中在阳离子如钾离子的离子平衡，而氯离子作为为植物中最多的无机阴离子，目前已经被定义为植物必须的大量营养元素，但植物对氯离子的转运仍知之甚少。基于之前的实验基础，我们首次发现拟南芥中两个DTX/MATE类的转运体VSAC1和VSAC2，能够介导氯离子的运输，通过调控氯离子在液泡膜的转运直接影响细胞膨压的变化。利用膜片钳、细胞及分子实验解析突变体表型，我们发现突变体表现出液泡吸收氯离子能力的降低，植物氯含量的降低以及膨压的改变。同时，VSAC1和VSAC2能够在根毛和花粉管表达，直接影响根毛和花粉管的伸长，这为我们的后续研究打开了新的大门，氯离子如何直接影响植物营养的吸收和生殖发育是今后研究的重点。DTX/MATE类的转运体一直被认为是有机类物质的转运体，我们对其氯离子转运功能的揭示加深了我们对该类家族的理解，并为揭开氯离子对植物的重要作用提供了重要的理论依据。研究成果为我们改良植物尤其是提高作物抗逆性方面提供重要的理论基础和可行性策略。