R-SNARE蛋白VAMP721和VAMP722在拟南芥根毛生长发育中的功能.pdf

摘要

植物根毛的功能主要是增加根系的表面积，提高植株从土壤中吸收水分和营养物质

的效率，并响应环境变化。囊泡运输在根毛细胞顶端生长过程中发挥了重要的功能。然

而，前人研究大都关注于根毛起始和发育的调控基因，而极性生长中囊泡转运的分子机

制与生理功能尚有待深入研究。在本论文中，我们以拟南芥根毛为实验材料，研究R-

SNAREVAMP721/VAMP722在根毛生长发育中的功能。本研究的内容和结果如下:

1.我们前期研究发现vamp721vamp722双突变体表现为幼苗矮小，根部和茎端畸形。

绿色荧光蛋白标记的VAMP721和VAMP722在拟南芥幼苗的不同组织中均表达，包括

根毛细胞，推测VAMP721和VAMP722可能参与根毛的生长发育。因此，本研究表明

VAMP721和VAMP722功能的缺失导致拟南芥根毛生长发育异常。

2.我们前期研究结果表明GFP标记的VAMP721和VAMP722定位在质膜和早期

内吞体。我们进一步观察GFP-VAMP721、GFP-VAMP722在根毛细胞中的定位，发现

GFP-VAMP721主要定位于根毛细胞质膜和胞内运动的囊泡，GFP-VAMP722的定位模

式与GFP-VAMP721类似。研究发现GFP-VAMP721、GFP-VAMP722标记根毛细胞中的

囊泡运动特征与根毛发育状态相关，在发育根毛中VAMP721、VAMP722标记的囊泡主

要位于根毛顶端，且存在快速的囊泡循环运输。

3.为了探究细胞骨架在根毛细胞内GFP-VAMP721、GFP-VAMP722介导囊泡运输

中的功能，我们用微丝骨架解聚剂LatrunculinB（LatB）分别处理表达微丝标记蛋白

GFP-FABD2以及GFP-VAMP721、GFP-VAMP722的幼苗根细胞；用微管骨架解聚剂

Oryzalin分别处理表达微管标记蛋白MAP4-GFP和GFP-VAMP721、GFP-VAMP722的

幼苗根细胞，结果发现微丝骨架在根毛细胞内VAMP721/VAMP722标记的囊泡运输中

起重要作用。

4.为了研究vamp721vamp722双突变体根毛细胞中Ca2+浓度梯度是否发生变化，我

们利用R-GECO1对拟南芥根毛细胞中的钙离子进行标记。结果发现，

VAMP721/VAMP722功能缺失导致根毛顶端Ca2+的浓度梯度和钙振荡现象丢失。

5.为了探究VAMP721和VAMP722是否参与了根毛细胞胞吞运输，我们利用膜特

异标记染料FM4-64孵育拟南芥根毛细胞。我们发现纯合双突变体根毛细胞胞吞运输异

常。此外，通过对质膜标记蛋白GFP-Lti6a、PIP2A-GFP在根毛细胞的亚细胞定位分析

发现，在根毛细胞内VAMP721和VAMP722功能缺失特异性地影响了质膜蛋白的亚细

胞定位及分泌囊泡到细胞膜的运输。

6.为了探究VAMP721/VAMP722是否参与根毛细胞细胞壁物质的运输和沉积，我

们使用纤维素荧光特异性标记染料（S4B）和苯胺蓝对根毛中的纤维素和胼胝质进行标

记。结果发现，野生型根毛顶端纤维素的荧光信号很强，亚顶端的荧光信号均匀分布，

与野生型相比，纯合双突变体根毛细胞中的纤维素分布不均匀，在根毛细胞胞质中聚集。

胼胝质在野生型根毛细胞内均匀分布，在纯合双突变体中异常聚集在顶端和亚顶端，表

明纯合双突变体根毛中的细胞壁沉积或构建出现异常。

通过上述研究结果，得出以下结论：VAMP721/VAMP722可定位于根毛细胞中的质

膜和胞内囊泡，对根毛生长发育极其重要。在根毛细胞中VAMP721/VAMP722标记的囊

泡运输过程依赖于微丝骨架。vamp721vamp722根毛短小，发育异常可能是由于根毛内

Ca2+浓度梯度、物质运输和细胞壁构建异常造成的结果。

关键词：拟南芥，根毛，顶端生长，SNARE蛋白，囊泡运输

ABSTRACT

Roothairsareresponsibleforwaterandnutrientuptak