生长素调控植物细胞脱分化的分子机制研究

In plants, the already differentiated tissues or organs can form a pluripotent cell mass termed callus under culture conditions, a process that is driven by phytohormone auxin and has long been considered to be analogous to the induction of pluripotent stem (iPS) cells in animals,during which somatic cells dedifferiate to acquire regenration capability. However, the moecular mechamism underlying auxin-mediated callus formation or cell dedifferentiation remains unknwon. We recently identified the auxin-inducible Lateral Boundaries Domain (LBD) tanscription factors as master regulators in auxin-directed callus formation. To gain further insight into the mulecular basis of auxin-regulated cell dedifferentiation , we are going to identify other key molecules that are involved in auxin-directed callus formation pathway and dissect the biochenmical and molecular basis of LBD-regulated cell dedifferantiion using in viro and in vivo systems, trying to explore the molecular basis underlying somatic cell dedifferentiaion and totipotency in plants.

植物已分化的组织和器官在生长素的作用下可以形成具有高分化能力的愈伤组织。愈伤组织的形成过程一直以来被认为是是植物体细胞脱分化获得全能性的过程，类似于动物多能性干细胞诱导。然而，植物细胞脱分化的分子机理和生长素在这个过程中的作用机制至今仍不清楚, 主要的原因是在植物中控制愈伤发生的关键因子一直没有被鉴定出来。我们最近首次发现并证明受生长素调控的Lateral Organ Boundaries Domain (LBD) 转录因子是调控植物愈伤发生关键因子。本项目在此基础上，以拟南芥为材料，通过遗传学、细胞生物学、生物化学和分子生物学等手段，结合离体和活体研究体系，深入解析LBD调控细胞脱分化过程的生物化学和分子机制，开展植物脱分化过程中其它重要因子的鉴定和研究，以期建立生长素调控细胞脱分化的信号途径, 探索植物细胞全能性控制的分子基础。

植物细胞极高的全能性是植物可重复再生的基础，在植物经典的离体再生体系中，已分化的组织和器官在生长素的作用下可以形成具有高分化能力的愈伤组织，这个过程一直以来被认为是是植物体细胞脱分化获得全能性的过程，类似于动物多能性干细胞诱导。尽管以植物离体再生为基础的生物技术应用已经超过半个多世纪，然而生长素诱导植物细胞脱分化的分子控制机理至今仍不清楚。本项目在前期发现并证明拟南芥受生长素调控的LBD转录因子是调控植物愈伤发生关键因子的基础上，通过遗传学、细胞生物学、生物化学和分子生物学等手段，结合离体和活体研究体系，系统解析了生长素诱导植物细胞脱分化分子控制和可能机制。发现了拟南芥bZIP转录因子和LBD形成复合体介导了生长素诱导愈伤组织的发生以及发育过程中细胞命运的改变，同时系统研究了生长素调控细胞的脱分化的分子事件，进一步研究揭示了长链脂肪酸或其衍生物是限制细胞脱分化的重要分子。另外，我们也对侧芽形成过程中细胞命运的转变进行了探索。这些研究成果相继在国际学术期刊Nature Plants、PNAS、Plant &Cell Physiology和Journal of Plant Physiology上发表论文4篇，撰写专著1章，相关的研究也受到国际植物学界的关注。本项目研究不仅推进了植物细胞全能性控制这一重要领域的研究，也为进一步提升以再生为基础的植物生物技术应用奠定了基础。