拟南芥DOF转录因子OBP4/DOF5.4调控细胞周期和细胞扩张机理研究

The mechanism of cell cycle regulation is one of the hottest topics in the current biology. Unlike animals, plant development displays continuous organ formation and depends on strict regulation of cell proliferation. Here we report a plant specific DOF transcription factor OBP4 that controls cell proliferation and cell expansion. Use the synchronized MM2d Arabidopsis suspension cell to study OBP4 expression patterns and analyze its influence on cell cycle progression. Further, generate transgenic plants by constitutive/inducible overexpressing, down-regulation of OBP4 and analyze the effects of altered OBP4 expression levels to plant growth and development. Use flow cytometry method to detect the cell cycle progression and endocycle level. The nuclear protein OBP4 functions through the transcriptional regulation of downstream genes，Affy data are obtained together with the EMSA, CHIP assays to identify the direct target genes. The conserved DOF domain also mediates protein-protein interaction. We verify the likely interaction between DOF and the TCP, MYB family cell cycle regulators and evaluate the influence of OBP4 bind to its target genes. These findings will increase our understanding of transcriptional regulation of cell cycle in plants.

细胞周期调控机理是当今生物学研究的热点之一，和动物不同，植物能够持续地发育形成器官取决于其对细胞增殖的严格调控。本课题从植物特异的一类DOF转录因子入手发现OBP4/DOF5.4基因调控细胞周期和细胞扩张的作用。利用同步化的拟南芥MM2d悬浮细胞来研究OBP4基因细胞周期依赖的表达模式以悬浮细胞诱导表达OBP4对细胞周期进程的影响。构建组成型和诱导型启动子过表达，沉默表达转基因植株来研究改变OBP4表达水平对植物生长发育的影响，流式细胞仪检测植株细胞周期进程以及细胞内复制水平。OBP4作为一个核定位的转录因子可以通过转录调控下游靶基因来发挥功能，Affy芯片表达分析结合体外EMSA和体内CHIP实验鉴定其靶基因。保守DOF结构域可以介导蛋白互作，验证OBP4与可能的细胞周期调控相关的TCP, MYB蛋白互作及对下游靶基因结合力的影响。该研究丰富人们对于转录水平上调控植物细胞周期的认识。

与动物不同, 植物的器官发育是个持续的过程并取决于对细胞增殖的严格调节。细胞周期的核心调控机制在动植物中是相对保守的, 然而不排除植物为了更好地适应环境而进化出新的机制。在此, 我们报告了DOF家族转录因子OBP4 能够负调控细胞增殖和细胞扩张。OBP4是个核定位的转录因子。组成型或诱导过表达OBP4基因降低了植物细胞的大小和数量, 从而导致矮植物。OBP4诱导过表达促进了内复制的起始并抑制细胞扩张, 而诱导过表达OBP4基因融合VP16转录激活结构域抑制了内复制的起始和促进植物生长。进一步基因表达分析表明, OBP4过表达植株中的细胞周期相关蛋白和细胞壁扩张因子表达水平被显著下调。诱导表达与体内 Chip 实验结果表明 OBP4能够靶向调控 CyclinB1;1、CDKB1;1 和 XTH 基因。说明OBP4是个细胞周期进程和细胞生长的负调控因子，该研究增进了人们对转录水平上植物细胞周期调控的认识。同时，我们还发现OBP4-XTH9调控模块在促进植物侧根发育响应硝酸盐信号中有重要作用。首先, 我们检查XTH家族基因在拟南芥侧根原基中的表达模式, 发现 XTH9在侧根中强烈表达。相应地, xth9 突变体减少侧根发育, 而过表达 XTH9促进侧根发育, 这表明XTH9在促进侧根发育中的潜在作用。此外, XTH9的表达受到氮信号的诱导；与野生型相比，xth9突变体显著降低了对硝酸盐处理的敏感性。遗传分析显示, XTH9在AFB3-ARF7/19信号的下游发挥功能。我们还发现OBP4表达也受到氮处理诱导, 但诱导速度比XTH9 慢。然而过表达OBP4导致侧根和主根数目减少, 干扰表达OBP4能够促进主侧根的发育。相比较OBP4-RNAi 植物OBP4-RNAi&35S::XTH9 呈现出更多的侧根, 而OBP4-RNAi&xth9减少了侧根发育。基于这些发现, 我们提出了一个新的机制, 即OBP4通过负调控 XTH9 表达来精细维持侧根发育以响应环境硝酸盐信号。