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细胞极性是生长发育和形态建成的基础,细胞极性的建立与维持贯穿于植物的整个生命周期中。植物叶片相互嵌合形式的铺板细胞不仅反映单个细胞中凸起区和凹陷区的协调生长模式,也揭示出细胞与细胞之间的信号传递对极性生长的调控的重要性。植物中存在一类特有的Rho类小G蛋白ROP,与很多物种中的小G蛋白功能类似,都有很保守的分子开关的功能。实验证据表明,ROPGTPases在细胞骨架介导的拟南芥铺板细胞形态建立过程中起重要的作用,这一过程主要由ROP2-RIC4-MF与ROP6-RIC1-MT两条相互拮抗的信号途径共同作用完成。ROP蛋白作为信号分子,其活性形式才能发挥功能,因此对ROP活性的调控是非常重要的,然而对于植物是通过何种信号或作用机制调控ROP活性,从而介导铺板细胞形态建成的,还有待于深入研究。本论文的研究中,通过EMS诱变ROP6过量表达株系,筛选克隆到一个可能参与铺板细胞形态建成的成员(pleiotropic regulatory locus 1)PRL1,其功能缺失突变体prl1-9中铺板细胞的形态发生改变,表现为细胞的凹陷区变宽凸起区密度明显减少,说明PRL1功能缺失后铺板细胞的极性生长出现异常。通过ROP活性实验发现,该突变体中铺板细胞形态异常是由于ROP6活性降低而ROP2活性增高所造成的。之前的研究报道,PRL1能够与CUL4等组成CUL4-DDB1-PRL1 E3泛素化连接酶复合体,介导胞质激酶SnRK1蛋白的降解。本研究的观察发现CUL4功能缺失突变体cul4cs中铺板细胞形态建成也出现异常,进一步观察过量表达SnRK1.1的株系中铺板细胞的表型,发现表型变化趋势与上述prl1-9和cul4cs两个突变体一致,ROP活性实验也证明过量表达SnRK1.1的株系中铺板细胞的这种异常是由于ROP2活性升高,ROP6活性降低引起的。蔗糖处理实验也证明SnRK1.1活性的改变可以影响铺板细胞的形态建成。根据上述结果推测,CUL4-DDB1-PRL1 E3连接酶复合体介导的SnRK1.1的降解途径可能通过调控ROP活性参与叶片铺板细胞形态建成。为研究SnRK1.1调控ROP活性的机制,通过酵母双杂交的方法,筛选到ROP上游的负调节子RopGAP1可以与SnRK1.1相互作用,体外pul1-down实验以及免疫共沉淀(Co-IP)验证SnRK1.1与RopGAP1可以在体内外相互作用,而且酵母双杂交实验证明RopGAP1可以与ROP2特异结合,因此推测SnRK1.1可能通过磷酸化ROP的上游调控子比如RopGAP1等进而调节ROP2和ROP6的活性。综上所述,本论文研究发现CUL4-DDB1-PRL1 E3连接酶复合体介导的SnRK1.1的26S蛋白酶体降解途径可能是通过调控ROP活性参与叶片铺板细胞形态建成的新途径,而SnRK1.1作为细胞内感受能量或胁迫信号的胞质激酶,可以调控ROPs活性进而调节拟南芥叶片铺板细胞的形态建成,也暗示植物细胞形态的改变可能是植物适应逆境胁迫或细胞内能量变化的一种策略。