多磷酸肌醇激酶是一个具有广泛特异性的激酶,它能够将1,4,5-三磷酸肌醇催化成1,4,5,6-四磷酸肌醇,并进一步磷酸化为1,3,4,5,6-五磷酸肌醇。哺乳动物的IPMK还具有不依赖其催化活性的多种生理功能,例如:结合并稳定mTOR复合物,增强p53介导的转录调控和细胞死亡,结合并调控组蛋白乙酰化转移酶CBP在c-fos启动子上的募集。在酵母中,作为Arg-Mcm1精氨酸转录复合物的组分,IPMK/IPK2通过激酶非依赖的方式稳定Arg-Mcm1复合物并调控精氨酸代谢。拟南芥中有两个IPK2异构体,AtIPK2α和AtIPK2β。我们在前面的研究中揭示了AtIPK2 是一个生长素应答基因,它通过参与生长素信号通路调控拟南芥茎的分枝。AtIPK2α和AtIPK2β还通过激酶活性调控花粉管的发育,花粉管的靶向和胚胎发生过程。生长素是一类重要的植物激素,它在植物的细胞分裂、伸长和凋亡,组织发生,器官形态建成和植物应答外源刺激等过程都发挥了重要作用。国际上关于生长素和生长素信号通路中的关键组分的功能及分子互作都已经进行了大量的研究。双子叶植物拟南芥中生长素信号通路的研究已经很深入了,近几年单子叶植物水稻、玉米中生长素信号的组分的克隆与功能分析也获得了一些成果,但相对拟南芥的研究还不够深入。最近十年间植物多磷酸肌醇激酶及磷酸肌醇信号通路的研究揭示了植物磷酸肌醇信号通路中的许多组分及代谢产物参与了生长素信号通路,特别是生长素信号的传导有着紧密的联系,但是深入的机理研究还有待进行。水稻多磷酸肌醇激酶基因(OsIPK2)已经于2007年被克隆,然而,关于其进一步的分子和生理功能还没有得到揭示。本文以模式植物水稻为研究材料,通过遗传转化,酵母双杂交,原生质体瞬时表达等方法研究了OsIPK 的表达模式、生理功能及在生长素信号通路中的重要调控作用。取得的主要结果如下:1.OsIP 2是一个泛表达基因:OsIPK2的启动子与报告基因GUS、GFP的融合表达转基因水稻材料显示,在根尖、侧根原基、茎基部、侧芽、节间、叶片和花粉囊都能检测到报告基因表达。2.OsIPK2参与了生长素所调控的植物发育:OsIPK2的启动子上有多个激素应答元件,它的表达受到生长素处理而被抑制;OsIPK2超量表达转基因水稻和拟南芥的生长受到抑制,侧根数目减少,株高降低,抽穗(抽薹)推迟;相比于野生型,OsIPK2-RNAi转基因水稻根的伸长生长和株高得到促进。3.OsIPK2的功能缺失使得水稻对生长素更敏感:qRT-PCR的结果显示OsIPK2-RNAi转基因水稻中生长素早期应答基因的应答水平上升;并且OsIPK2功能缺失材料对生长素所抑制的主根伸长的敏感性也发生了改变,ATG上游-471bp位置插入T-DNA的Osipk2突变体对生长素的敏感度上升。4.OsIPK2能够和Aux/IAA蛋白直接互作:通过水稻原生质体双分子荧光实验和酵母双杂交实验发现了一系列水稻的Aux/IAA家族蛋白与OsIPK2能够互作;以OsIAA11为研究重点,Pull-down和Co-IP实验验证了 OsIPK2和OsIAA11的直接互作。5.OsIPK2通过degron结构和OsIAA1 1互作:酵母双杂交实验以及Pull-down实验结果显示,OsIAA11的domainII中关键氨基酸位点的突变抑制了 OsIAA11与OsIPK2的互作;酵母中不同结构域截短体互作实验显示,OsIPK2的N端能够和 OsIAA11 的 DII-DIII 互作;OsIPK2 能够和 AtIAA16 互作,而 AtIPK2β 则不能与OsIAA11或AtIAA16互作。6.OsIPK2能够保护OsIAA11不被降解:OsIAA11受TIR1和生长素的调控发生26S蛋白酶体介导的蛋白降解;在水稻原生质体中瞬时表达My-OsIAA11和GFP-OsIPK2蛋白,并经过NAA诱导降解,OsIPK2的存在能够提高OsIAA11蛋白的稳定性;相比于野生型,在RNAi或Osipk2突变体背景下OsIAA11更不稳定。7.OsIPK2能够和OsTIR1以剂量依赖的方式竞争性结合OsIAA11:在野生型和Osipk2突变体水稻提取液处理下,Pull-down实验证明OsIPK2的存在影响了生长素受体TIR1与AUX/IAA蛋白的亲和性;HPLC-MS/MS分析表明OsIPK2-RNAi转基因水稻中生长素含量低于野生型。8.沉默OsIPK2的表达可以部分回复Osiaa11突变体的发育缺陷表型:Osiaa11突变体水稻表现出了极端的生长缺陷表型,包括侧根起始受到抑制;Osiaa11突变体中OsIPK2转录本的沉默能够部分回复OsOaa11的侧根发生缺陷表型;OsIPK2-RNAi/Osiaa11尤中生长素应答基因OsPIN1b,OsPIN10a的表达水平也得到了部分回复;OsIPK2能够影响OsIAA11的转录水平,并且参与了Aux/IA 家族基因之间复杂的转录调控。9.OsPK2影响了生长素相关基因座位上的H3K27me3水平:CHIP实验表明,OsIPK2-RNAi转基因水稻中早期生长素应答基因OsIAA9,O IAA20和OsGH3-2的基因座位上的H3K27me3水平受到了下调。10.IP6能够影响水稻中的生长素应答:IP6的直接处理能够抑制水稻中DR5-GUS信号和早期生长素应答基因的转录。通过以上问题的研究,我们探索了OsIPK2在生长素信号通路中的功能,也进一步揭示了水稻中Aux/IAA蛋白降解的分子机制,这为后续分析磷酸肌醇信号和生长素信号之间的交联提供了直接的线索。