拟南芥棕榈酰基转移酶PAT4通过小G蛋白ROP2调控根毛的顶端生长
发布时间:2017-03-20                 浏览次数:

近日,我院李厦课题组在《The Plant Journal》上在线发表题为“Arabidopsis PROTEIN S-ACYL TRANSFERASE4 mediates root hair growth”的研究文章。该论文报道了拟南芥棕榈酰基转移酶PAT4通过调控小G蛋白ROP2在质膜上的动态定位影响下游微丝骨架排布从而介导根毛的顶端生长。

根毛对于植物生长起重要作用,一方面植物通过根系从土壤中吸收水分和营养,而根毛的存在增加了根系与土壤的接触面积,进而大幅增加水分和营养的吸收;另一方面,植物可以通过调控根毛的生长适应不同的环境,有文章报道在低磷和高磷的不同环境中植物的根系建成完全不同。根毛细胞属于顶端生长细胞,就像表皮毛和花粉管,由于根毛细胞容易获得并且生长周期短,所以它是研究顶端细胞生长的良好系统。已有研究发现小G蛋白ROP位于调控根毛生长分子网络的中心,它就像一个开关,只有ROP蛋白定位于质膜上并处于激活状态,其下游的一系列分子活动才会被激活。对于ROP蛋白的质膜定位调控主要有两条途径:一条是通过脂链修饰靶向质膜;另一条是鸟苷酸解离抑制因子GDI分子的调控作用。已有文章报道没有跨膜区的ROP蛋白可以通过棕榈酰化修饰连接一条长的脂链将其锚定到质膜上。在拟南芥中有24个棕榈酰基转移酶(PAT),到底是哪一个或哪几个成员参与ROP蛋白的棕榈酰修饰过程尚不清楚。在此项研究中,作者发现PAT4在根毛中高量表达,突变体pat4-2根毛变短。突变体中转入全长PAT4可以互补根毛变短的表型,但是酶活缺失形式的PAT4就不能,说明突变体根毛变短的原因确实是因为PAT4突变造成的,而且是PAT4酶活依赖的。PAT4是不是参与了ROP蛋白的上膜过程?作者将GFP标记的ROP2分别转入野生型和突变体中,然后量化根毛细胞质膜和胞质中GFP荧光强度,发现突变体中质膜上ROP2减少了,这一结果通过膜蛋白分离实验得到进一步确认。通过ABD2-GFP标记根毛中的微丝,发现突变体中微丝骨架排布出现异常。另一个棕榈酰基转移酶PAT24突变体tip1-4的根毛分叉,作者构建了双突变体tip1-4;pat4-2,发现根毛进一步变短,说明两者存在功能上的冗余。鸟苷酸解离抑制因子GDI的突变体(scn1)会造成根毛的多个起始,通过构建双突变体scn1;pat4-2,发现根毛长度有一定程度的恢复,多个起始也受到抑制,这暗示两种修饰方式协同调控根毛的极性生长,但两者之间还存在着其他复杂的关系。

该文章利用分子、生化、细胞和遗传等手段探究了棕榈酰基转移酶PAT4在根毛生长中的功能,为研究根毛乃至顶端生长细胞的调控机理提供了新线索。

张彦实验室博士生万智远为该论文的第一作者,博士生柴森、冯强楠,博士后葛福荣也参与了课题的研究。李厦副教授为该论文的通讯作者。此项工作受到国家自然科学基金面上项目,山东省自然科学基金,中国博士后科学基金,山东省泰山学者人才建设工程项目等项目经费资助。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.13484/full