Plant Cell：生长素极性运输新机制

林金星研究组Plant Cell揭示新机制

　　

生物通报道：来自中科院植物研究所，德国波恩大学等处的研究人员发表了题为“The Signal Transducer NPH3 Integrates the Phototropin1 Photosensor with PIN2-Based Polar Auxin Transport in Arabidopsis Root Phototropism.”的文章，揭示了植物蓝光受体phot1及其信号转导蛋白NPH3是如何通过调控PIN2的细胞极性极性，来控制根尖的生长素极性运输，以及如何调控根尖负向光性生长的分子机制，填补了根尖负向光性生长机制研究的空白。相关成果公布在植物学领域国际学术期刊The Plant Cell杂志上。

文章的通讯作者是植物研究所林金星研究员，林金星研究组的博士后万迎朗为论文第一作者。这项研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、中科院和中国博士后科学基金的支持。

向光素1（phototropin1, phot1）是一种极性地分布在细胞膜上的植物蓝光信号受体，NPH3是其关键的信号转导蛋白。它们介导了植物的正（负）向光性弯曲等多种重要的生理反应。PIN2是拟南芥根尖生长素极性运输的关键蛋白。然而，关于光信号对PIN2蛋白在内膜循环的调控方式以及对生长素极性运输的影响，尚缺乏直接证据。

在这篇文章中，林金星研究组和德国波恩大学František Baluška博士合作，通过分子细胞学的手段发现：不同的光照条件能调控PIN2蛋白进入2条不同的内膜运输支路，一是指向植物液泡的蛋白质降解支路，二是指向细胞质膜的“膜-泡”循环支路。phot1能接受蓝光信号，并通过信号传递蛋白NPH3来调控PIN2蛋白在这两条支路间的平衡。

当根尖定位的phot1接收到蓝光信号后，NPH3依赖的信号支路被激活，并促使位于液泡样区室（VLC）中的PIN2进入“膜-泡”循环支路，于是PIN2的极性定位增强，生长素极性运输速率也显著提高。当根尖细胞处于黑暗条件时，NPH3依赖的信号支路被关闭，更多的PIN2被储存于液泡样区室中，相应的生长素运输速率也随之降低。该项研究中，他们还利用了非损伤微测技术，定量测定了phot1和NPH3在蓝光照射下对生长素极性运输的影响。

这项揭示了植物蓝光受体phot1及其信号转导蛋白NPH3是如何通过调控PIN2的细胞极性，来控制根尖的生长素极性运输，以及如何调控根尖负向光性生长的分子机制，填补了根尖负向光性生长机制研究的空白。

（生物通：万纹）

原文摘要：

The Signal Transducer NPH3 Integrates the Phototropin1 Photosensor with PIN2-Based Polar Auxin Transport in Arabidopsis Root Phototropism.

Under blue light (BL) illumination, Arabidopsis thaliana roots grow away from the light source, showing a negative phototropic response. However, the mechanism of root phototropism is still unclear. Using a noninvasive microelectrode system, we showed that the BL sensor phototropin1 (phot1), the signal transducer NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL3 (NPH3), and the auxin efflux transporter PIN2 were essential for BL-induced auxin flux in the root apex transition zone. We also found that PIN2-green fluorescent protein (GFP) localized to vacuole-like compartments (VLCs) in dark-grown root epidermal and cortical cells, and phot1/NPH3 mediated a BL-initiated pathway that caused PIN2 redistribution to the plasma membrane. When dark-grown roots were exposed to brefeldin A (BFA), PIN2-GFP remained in VLCs in darkness, and BL caused PIN2-GFP disappearance from VLCs and induced PIN2-GFP-FM4-64 colocalization within enlarged compartments. In the nph3 mutant, both dark and BL BFA treatments caused the disappearance of PIN2-GFP from VLCs. However, in the phot1 mutant, PIN2-GFP remained within VLCs under both dark and BL BFA treatments, suggesting that phot1 and NPH3 play different roles in PIN2 localization. In conclusion, BL-induced root phototropism is based on the phot1/NPH3 signaling pathway, which stimulates the shootward auxin flux by modifying the subcellular targeting of PIN2 in the root apex transition zone.

作者简介：

林金星，1961年3月出生，福建龙岩人，博士，首席研究员。现任植物分子与发育生物学研究中心主任。

研究方向
　 　
植物细胞与生殖生物学
　 　
学习、工作经历 　
　 　
1992年获北京大学理学博士（导师：李正理教授），1992-1994年进入中国科学院植物研究所博士后流动站工作 （合作导师：王伏雄院士）。1995年晋升为研究员，1996年获得博士生导师资格。“国家杰出青年基金”获得者，中国科学院“****”入选者。
　
学术与社会任职
　
现在担任全国政协委员、北京市政协委员、北京植物学会理事长，兼任南开大学、中国科大研究生院、北京师范大学、东北师范大学等兼职教授，《Plant Signaling and Behavior》副主编 、《Communicative and Integrative Biology》编委、《科学通报》特约编委、《植物学报》副主编、《植物科学进展》副主编、《电子显微学报》副主编、《植物学通报》编委、中国植物学会植物结构与生殖生物学专业委员会主任等、国家自然科学基金委员会植物学科评审组成员、《中国青年科技奖》评审组成员。
　
成果与奖励
　
1996年获第五届“中国青年科技奖”。
　
承担项目

近五年来，主持国际组织资助项目2项，从国外获得经费16.8万美元；主持国家自然科学基金重点项目1项， 科技部国际合作重点项目1项，973 子课题1项；另外，参加其他课题3项。