细胞分裂素调控植物气孔发育分子机理的研究

Plant hormones such as auxin and brassinosteroids play an important role in regulating stomatal formation and development, and have been studied in depth. However, other plant hormones, such as cytokinins, are poorly understood in regulating stomatal signaling pathways. Our recent preliminary studies indicated that cytokinins probably regulated stomatal development through transcriptional regulation of SPCH by Type B ARR (ARR1/10/12). Moreover, previous studies have shown that MPK3/6 are involved in stomatal development through interaction with SPCH to affect its protein stability. Our preliminary study also found that ARR1/10/12 can directly interact with MPK3/6. In this study, genetic, cytological, biochemical and molecular biological analysis techniques will be employed to clarify the biological significance of interaction between ARR1/10/12 and MPK3/6, detailed research the molecular mechanism of SPCH regulated by ARR1/10/12,thus,the molecular regulatory mechanism of cytokinins in stomatal development can be further elucidated.

植物激素诸如生长素，油菜素内酯等作为植物的内在调节因子在调控气孔形成和发育过程中发挥重要作用，并且已有较为深入的研究。但是，其它植物激素比如细胞分裂素对于气孔信号通路的调控机制知之甚少。我们最近的初步研究发现，细胞分裂素很可能是通过Type B ARR（ARR1/10/12）转录调控SPCH参与气孔发育的调控。而且已有的研究表明，MPK3/6通过和SPCH互作影响其蛋白的稳定性参与气孔的发育，我们初步研究也发现ARR1/10/12能够和MPK3/6直接互作。本研究主要通过综合利用遗传学、细胞学、生物化学和分子生物学等分析技术，阐明ARR1/10/12和MPK3/6互作的生物学意义，详细研究ARR1/10/12调控SPCH的分子机制，从而深入解析细胞分裂素在气孔发育中的分子调控机制。

气孔是存在于陆生植物表皮的微型小孔，在对植物提高光合作用效率和平衡全球的碳循环和水循环中发挥着至关重要的作用。植物激素是由植物自身代谢产生的一类有机物质，参与到植物生长发育的各种过程。近年来的研究发现，植物激素诸如生长素，油菜素内酯等是调控气孔发育的重要因子。但是，其它类激素，尤其是细胞分裂素对于气孔信号通路的调控机制知之甚少。在本项目中，我们探究了细胞分裂素调控气孔发育的分子机制。我们发现，细胞分裂素的处理对气孔的发育是一个正向的调控作用。证据表明，作为细胞分裂素信号转导组分中的关键因子ARR1/10/12可以直接结合到SPCH 基因的启动子上进而激活其表达。除转录水平之外，细胞分裂素同样诱导了SPCH蛋白的积累。具体的研究证明，ARR1/10/12是通过与SPCH竞争结合有丝分裂原蛋白激酶MPK3/6，从而影响SPCH蛋白的磷酸化和稳定性。此外，遗传学的数据表明，与spch突变体的表型相似，ARR1过表达转基因与spch突变体的杂交植株同样无法形成气孔。综上所述，我们解析了细胞分裂素促进气孔发育的分子机制，细胞分裂素可以通过关键转录因子ARR1/10/12特异性结合到SPCH的启动子上从而激活SPCH的转录表达，同时，ARR1/10/12抑制有丝分裂原蛋白激酶 MPK3/6对SPCH的磷酸化，增强其稳定性，最终促进气孔的发育。我们的研究将填补细胞分裂素调控气孔发育认识的空白，最终将提高我们对植物气孔发育调控机理的理解和认识。