PGA37靶基因的鉴定及其在体细胞胚胎发生过程中的功能研究

植物体细胞胚胎不仅是研究合子胚胚胎发生的理想实验体系，而且是植物大规模快速繁殖和作物遗传改良的重要途径。我们克隆了一个PGA37基因，该基因可以促进体细胞胚胎发生和脂肪酸的生物合成，在高油作物育种中有潜在的应用价值。PGA37基因编码一个R2R3-MYB转录因子，通过调控下游基因的表达行使其功能。因此，分离和鉴定PGA37下游的靶基因是阐明其生物学功能的关键。本项目拟首先利用染色质免疫共沉淀测序技术在全基因组范围内扫描PGA37的结合位点，并进一步分离和鉴定PGA37的靶基因；然后通过对靶基因功能缺失突变体和过量表达植物的表型分析、遗传分析、脂肪酸含量分析和体细胞胚胎再生等实验，阐明其在植物体细胞胚胎发生和脂肪酸生物合成过程中的生物学功能，从而加深人们对植物体细胞胚胎发生的认识，并为PGA37及其靶基因在高油作物育种中的应用奠定理论基础。

PGA37基因编码一个R2R3-MYB转录因子，该基因的功能获得性突变可以促进叶绿体发育、体细胞胚胎发生和脂肪酸生物合成。在本研究中，我们利用高通量测序技术分离和鉴定了77个PGA37的靶基因，并对其中的ARR13、ARR21、GLK2、DES3和LEA3等5个基因进行了深入研究。众所周知，细胞分裂素能促进叶绿体发育和叶绿素合成，但具体分子机制尚不清晰。我们发现PGA37通过靶基因ARR13和ARR21激活了细胞分裂素信号途径，然后细胞分裂素信号与光信号和GLK2转录因子协同作用，共同调控了叶绿体发育和叶绿素合成，最终导致pga37突变体绿根的表型和胚胎发生过程叶绿体的形成。由于我们前期的研究表明PGA37基因特异的在种子中表达，因此PGA37基因可能参与了种子中叶绿体发育的调控。除此之外，我们还发现PGA37基因通过靶基因DES3参与到脂肪酸生合成过程。DES3基因编码一个硬脂酰-酰基载体蛋白脱饱和酶，该酶是油酸生物合成的关键酶。GC-MS脂肪酸组分测定表明pga37突变体中油酸含量大幅增加。该研究初步揭示了PGA37基因调控脂肪酸合成和叶绿体发育的分子机制。. 在本研究中，我们还发现糖苷水解酶编码基因BE1部分丧失功能(be1-3)后，导致体细胞胚胎发生和不定芽再生能力大幅降低。进一步研究发现，与野生型相比be1-3外植体愈伤较小，且很难分化成不定芽，暗示了BE1基因在脱分化和再分化两个阶段都起作用。表达谱分析和侧根发育情况分析表明，BE1基因可能与中柱鞘细胞发育相关。由于愈伤组织起源于中柱鞘细胞，因此be1-3离体器官再生的缺陷可能是中柱鞘细胞发育异常引起的。与BE1参与糖水化合物代谢相一致，BE1基因的突变导致果糖和葡萄糖的含量大幅降低。转录组分析表明be1-3突变体在愈伤形成和不定芽分化阶段分别有1860和832基因差异表达。这些基因主要涉及代谢、激素信号转导和胁迫响应等。这些结果表明，BE1基因通过碳水化合物代谢调控了中柱鞘的发育，最终影响了体细胞胚胎发生和离体器官发生。. 本研究不仅加深人们对叶绿体发育、脂肪酸生物合成和碳水化合物代谢的认识，而且将有助于全面解析体细胞胚胎发生和离体器官发生的调控网络。.