拟南芥蓝光信号传导蛋白NPH3通过影响生长素外排蛋白PIN2的细胞内定位决定根尖逆光性生长反应

【作者】 万迎朗； 林金星；

【机构】 中国科学院植物研究所；

【摘要】 对生长在地球上的植物和其他生命体而言,光不仅仅是一种取之不尽的能源,也是一种普遍存在的信号。植物利用光信号来控制其生长率以及植物体形态,以期获得更多光源,并避免强光造成的损害。比如,向光及逆光性生长。但对植物向光性生长过程和信号传导过程中的许多步骤都还缺乏理解。特别是对根,这一生长于地下的植物组织,对其感光机理和向光性反应的机理的了解还相当贫乏。在植物根尖表皮层及真皮层细胞中所表达的生长素转运蛋白PIN2对蓝光介导的根尖逆光性及向地性生长均非常关键。在暗培养环境下,PIN2定位于液泡样囊泡中(vacuole-like compartments,VLCs)。蓝光信号刺激PIN2从VLC中转运而出,进入内吞循环系统,并在细胞膜之间循环。我们发现蓝光信号传导蛋白NPH3在PIN2蛋白在VLC与内吞囊泡之间的运输中起到关键作用。NPH3与PIN2的缺失都将阻止植物根尖对蓝光信号的逆光性弯曲。内吞囊泡循环的抑制剂BrefeldinA(BFA)能抑制植物对光与重力信号的向性生长反应。在黑暗条件或光照条件下的BFA处理,均导致PIN2-GFP被聚集于膨大化的内吞囊泡状结构中。但仅仅是BFA在黑暗条件下的处理不会引起PIN2-GFP从VLC中转运而出,VLC结构消失依赖于蓝光照射。但NPH3的缺失不仅阻止PIN2-GFP从VLC中转运而出,并且还使得黑暗条件下的BFA也能导致VLC结构的消失。我们依据这些试验结果提出蓝光影响生长素极性运输的新模型,即被蓝光受体向光素(PHOT1)接受的光信号通过NPH3影响PIN2在内吞循环途径和液泡储存与降解途径之间的动态平衡,从而控制生长素极性运输效率。这样的结果不仅能加深我们对于植物根的逆光性生长机理的研究,而且在细胞生物学层面上阐明了重力和光信号的相互影响机制。更多还原