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摘要生长素作为一种重要的植物激素，几乎参与调控了所有植物生长发育的生物学过程。研究表明生长素在植物体内形成浓度梯度来调控植物的生长和发育，其极性分布和维持非常重要，主要由生长素运输蛋白控制。生长素信号传递途径与其极性运输紧密相关。在细胞核中，由TIR/AFB介导的生长素核内信号途径已经被深入解析，但仍有一些快速的生长素响应过程不能用该信号通路来解释。生长素结合蛋白ABP1因其具有结合生长素的特性而得名，但其功能和作用模式却广受质疑。近年来的研究发现，ABP1以及其他生长素结合蛋白ABLs (ABP1 like proteins)与类受体激酶家族蛋白TMKs形成复合体，在细胞膜上感知生长素，并将信号传递到胞内。在拟南芥中，TMK蛋白家族有四个成员:TMK1、TMK2、TMK3和TMK4。tmk双突、三突和四突变体中有比较严重的生长和发育缺陷，说明TMK蛋白在植物生长发育中至关重要。已有研究阐明ABP1-TMKs介导的生长素信号通路通过激活小G蛋白调控细胞骨架和细胞形态建成，对于TMKs参与的其它生物学过程仍然需要进一步研究。为了揭示TMKs的作用机制，我们用正向和反向遗传学方法来寻找这条信号通路中的其它元件。<br>　　tmk14突变体呈现多种生长素运输缺陷相关的生长发育表型，如子叶不正常发育、根发育异常、向性生长缺陷等。有意思的是，IP-MS技术检测到TMKs与PIN蛋白之间的相互作用。PINs是生长素转运蛋白，其功能异常导致生长素分布紊乱。对DR5∶ GFP的观察发现，tmk14突变体的胚胎和根尖中生长素分布存在异常，而且突变体对外源生长素刺激不敏感。Co-IP、pull down、酵母双杂交等实验进一步确认了TMK1与PIN1之间的相互作用。体外磷酸化结果显示TMK1直接磷酸化PIN1，而且PIN1蛋白上S214、S252、S253、T257、S261、T449、T458等七个位点受TMK1磷酸化调控。遗传证据显示tmk14突变体中PIN1的磷酸化水平显著降低，而且免疫荧光杂交实验表明TMKs影响PIN1的极性定位。将7个磷酸化位点突变后，转基因植物展示出与tmk14突变体类似的子叶发育缺陷，而且PIN1的定位出现异常。总之，该研究揭示了TMKs通过磷酸化PIN1调控其定位进而影响植物生长和发育的机制。<br>　　除此之外，我们还发现tmk14突变体在响应重力刺激时存在缺陷，对DR5∶GFP的观察显示tmk14突变体在响应重力刺激时生长素的重分布存在异常。PIN2在调控植物向重力生长过程中起着重要作用，其突变体表现出严重的向重力生长缺陷。酵母双杂交实验中未检测到TMKs与PIN2之间的相互作用，但tmk14突变体中PIN2的表达上调，而且PIN2的蛋白循环过程存在缺陷。同时，研究结果显示PIN2的基因表达和蛋白循环异常都能导致植物向重力生长的缺陷。该研究暗示TMKs可能通过调节PIN2的基因表达和蛋白循环参与植物向重力生长过程。<br>　　除了反向遗传学，我们也试图用正向遗传学的手段寻找参与ABP1-TMKs通路的其他信号分子。对tmk突变体进行EMS诱变后，经过筛选得到一些部分回复tmk14生长和发育缺陷的株系。经过回交，S1-38和S1-63的表型能够稳定遗传，而S1-74的表型不能稳定遗传。回交四次后，B4F3群体的表型和分离已经比较明确，我们将运用深度测序的方法进行基因定位。该正向遗传学研究中得到多个回复子，为TMKs信号通路的阐明提供了宝贵的遗传材料。