拟南芥组蛋白去乙酰化酶调控维管形成层多能干细胞特性的分子机制研究

The vascular cambium in plants is characterized by multipotent stem cell identity, which can proliferate and differentiate continuously and is an precondition for root and stem elongation and thickening growth. Histone deacetylase (HDAC) plays an important role in regulating plant totipotency. We plan to investigate the expression pattern and function and mechanism of HDAC underlying cambium proliferation and differentiation in this study. Firstly, to analyze the function of HDAC in regulating cambium proliferation and differentiation, we plan to use hdac mutant and overexpression transgenic plants in Arabidopsis as materials. We will check HDAC expression pattern in different vascular tissue at different developmental stage by in-situ hybridization and real-time PCR techniques. Secondly, to analyze the effect of HDAC on gene expression related to cambium differentiation, the transcriptome of different vascular tissue will be compared between hdac mutant and wild type plants by RNA-seq. Lastly, to establish the relationship between histone acetylation level and cambium differentiation, we will compare the difference of histone acetylation level in vascular tissue between hdac mutant and wild type plants by western blotting. Therefore, through investigating the function of HDAC in regulating cambium proliferation and differentiation in stem, this study will provide theoretical foundation for understanding stem growth and development and wood formation.

植物的维管形成层具有多能干细胞的特性，能不断增殖和分化，是根茎伸长和增粗的前提条件。组蛋白去乙酰化酶在调节植物的全能性方面起着重要作用，本研究将探讨组蛋白去乙酰化酶在形成层增殖和分化过程中的基因表达特性、功能分析及其作用机制。以拟南芥组蛋白去乙酰化酶的突变体和过表达转基因植株为实验材料，通过原位杂交和实时定量PCR等技术检测茎中维管组织不同部位和不同发育阶段的表达模式，分析组蛋白去乙酰化酶基因在调控形成层增殖和分化过程中的功能；然后利用RNA-seq技术比较突变体与野生型不同维管组织中的转录组差异，分析组蛋白去乙酰化酶对形成层分化相关基因表达的影响；最后通过western杂交等技术分析突变体和野生型组蛋白不同位点的乙酰化水平的差异，从而建立组蛋白乙酰化水平与形成层分化的相关关系。通过探讨组蛋白去乙酰化酶在调控茎中形成层增殖和分化过程中的分子机制，为揭示茎的生长发育和木材的形成提供理论依据。

本项目探讨了组蛋白去乙酰化酶HDT1调控维管组织形成层增殖和分化及木质部发育中的分子机制。分析组蛋白去乙酰化酶HDT1基因突变后，与野生型相比，拟南芥的植株变矮，茎变细，经过石蜡切片和电镜分析结果显示木质部细胞数量增多，细胞体积减少，导管和木纤维细胞的细胞壁厚度增加。转录组分析比较hdt1突变体和野生型茎的维管组织中基因表达模式差异，发现茎表型的变化可能与一些木质部组成成分合成基因及调控细胞增殖的激素相关基因表达量的改变有关。通过液相色谱（HPLC）分析发现hdt1突变体中木质素的含量减少。而hdt1回复突变植株的表型及木质素含量恢复到野生型状态。该研究揭示组蛋白去乙酰化酶HDT1能够调控维管组织形成层的增殖和分化相关的基因表达，从而对茎的形态及组成成分产生影响，阐明该酶在形成层增殖和分化的功能。该项研究建立了组蛋白去乙酰化酶与形成层增殖与分化及木质部发育的相关关系，为研究木材的形成，改良木材性状和促进木材生长提供了理论依据。.另外，我们利用杨树的的悬浮细胞作为研究对象，将其用组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA进行处理，通过改变细胞的组蛋白乙酰化水平，来探讨其对基因表达谱的影响。我们发现TSA对杨树细胞的生长有一定的影响，我们收集处理前和处理后的细胞进行转录组分析，发现很多与细胞周期调控、苯丙素合成、细胞壁合成相关的基因表达存在差异。通过该研究，我们探讨了组蛋白乙酰化状态对杨树细胞增殖和生长的机制，为揭示组蛋白乙酰化状态对植物生长发育的影响提供了依据。