拟南芥GIS基因通过植物激素控制植物表皮毛细胞形成的分子作用机制

植物表皮毛细胞是研究植物细胞形成及发育的模式细胞，是植物与环境之间一道屏障，有防止水分散失的作用。植物表皮毛合成的代谢物质，不仅可防止其它生物啃食和起驱虫剂的作用，而且其提取物可广泛用于医药、烟草、牙膏及化妆品。因此，研究植物表皮毛细胞形成及发育,有重要学术意义和经济应用价值。本申请项目将以我们首次发现的由介导赤霉素调节和控制拟南芥茎上分枝表皮毛细胞形成的GIS, 控制花上表皮毛形成的GIS2和控制茎上叶片表皮毛形成的ZFP8等基因为前期工作基础，应用Dex-诱导转基因载体、基因芯片和染色体免疫共沉淀等技术，研究GIS的直接作用靶点和它们是否也通过GA和其它植物激素来调控表皮毛细胞的形成和发育,阐明GIS通过植物激素调节控制植物表皮毛细胞形成的分子作用机制。由于GIS亚家族3个基因主要在根中表达，因此，克隆GIS亚家族3个功能未知基因，将完善GIS控制植物根毛细胞形成的分子作用机制。

本项目以我们克隆和鉴定受赤霉素调控拟南芥表皮毛形成GIS基因为前期工作基础，应用Dex-诱导、基因芯片和ChIP等先进技术，研究GIS的直接作用靶点，总结赤霉素通过GIS调节控制植物表皮毛细胞形成和发育作用机制。此外，我们还将克隆GIS家谱中的其它3个功能未知基因，研究它们是否具有通过植物激素调节控制拟南芥表皮毛细胞形成的功能。本项目的预期研究结果是：克隆鉴定GIS3, GIS4和GIS5基因基础上，阐明其调控的分子机理，揭示GIS通过植物激素调控拟南芥表皮毛的作用的分子机制；在国际、国内权威杂志上发表研究论文2-3篇；培养博士后和博士生各1名，硕士生2名。.本项目的完成情况：我们使用gis 突变体，GIS过量表达和野生型等不同处理，进行基因芯片分析，筛选出GIS的候选靶基因176个。进一步DEX和蛋白质抑制剂放线菌酮实验和ChIP结果，证实At3g04720等4个转录因子是GIS调控表皮毛形成的直接作用靶点基因。GIS同源基因的克隆，我们已经成功克隆GIS3 （学名ZFP5）, GIS4 和GIS5基因，研究结果显示他们都是通过植物激素是调控表皮毛的重要转录因子。过量表达GIS3,GIS4, GIS5基因促进表皮毛的形成。gis3,gis4和gis5 突变体显著减少拟南芥茎上各器官表皮毛的形成。其中，我们对ZFP5基因进行比较深入的研究，证实ZFP5（GIS3）作用于GIS, GIS2, ZFP8的上游，通过直接调控ZFP8基因的表达量来调控表皮毛细胞的形成。相关研究成果发表于在《Plant Physiology》上。而且，我们还发现 ZFP5通过细胞分裂素信号途径，直接调控CPC的表达量，来控制根毛细胞的形成的新机制，此研究成果已发表在《Plant journal》上。这是锌指蛋白参与调控植物根毛细胞形成的首篇报道，同时也是细胞分裂素通过一个转录因子控制拟南芥根毛细胞形成的首例报道。此外，我们还发现GIS通过赤霉素调控表皮毛分支形成的新机制，相关成果发表在《Plant &Cell Physiology》。 本项目全面完成了课题的所有目标和任务，揭示GIS和其同源基因ZFP5，GIS4和GIS5通过赤霉素和细胞分裂素调控拟南芥表皮毛的形成的分子作用机制；在国际刊物发表论文5篇，国内刊物发表论文2篇，会议论文1篇；培养博士后一名，博士生和硕士生各2名。