拟南芥生长素反应因子ARF3通过胞间迁移调控花分生组织活性终止的机制研究

Floral meristem (FM) development is the basis for alternation of generations, which is an important developmental process influencing the yield and quality of crop. Cell–cell communication by directly transcription factors migrating between distinct cell types is critical for stem cell maintenance. However, a little of the intercellular movement of transcription factors were identified and the regulating mechanisms of protein migration are still largely unknown. AUXIN RESPONSE FACTOR 3 mediating auxin signaling and floral related genes, can promote floral meristem determinacy. By using live confocal imaging and in-situ hybridization, we have already proved the ARF3 protein could migrate cell to cell in SAM and FM, which also was required for SAM activity. In this work, firstly, we will examine that the biological significances of this property during floral development. On the other hand, we will research the mechanisms of ARF3 protein migration by using modern molecular, biochemical, and cell biological techniques. Our study will provided significant insights into ARF3 function characteristic that may lead to better understand the molecular mechanism of protein movement.

花分生组织（floral meristem, FM）的发育是植物完成世代交替的基础，也是影响作物产量和品质的关键阶段。研究发现非自主性转录因子的胞间迁移特性对干细胞活性调控有重要意义。但目前被直接证明具有胞间迁移特性的转录因子很少；该特性对蛋白自身生物学功能的重要性仍有待诠释；此外关于调控此类蛋白细胞定位的分子机制尚未阐明。前期研究中，我们发现AUXIN RESPONSE FACTOR 3 (ARF3) 可促进FM活性终止，同时ARF3在分生组织中存在迁移现象，且该特性对其调控SAM活性是必要的。本项目将利用遗传学、细胞和分子生物学等实验方法，揭示ARF3胞间迁移对于FM活性终止的意义，探究该特性对胞间连丝和细胞骨架系统的依赖性；解析ARF3蛋白基序、tasiRNA及uORF对自身细胞定位的影响。以期从细胞水平阐明ARF3调控花发育的分子机理，并为研究蛋白胞间迁移的分子机制提供理论基础。

分生组织的维持和分化是植物生长发育的基础，其稳态受到精密而复杂的调控。非自主性转录因子的胞间迁移特性对干细胞活性调控具有重要作用。但目前被直接证明具有胞间迁移特性的转录因子很少，研究该特性对蛋白自身生物学功能具有重要意义。本项目以AUXIN RESPONSE FACTOR 3（ARF3）为对象，证明了ARF3具有胞间迁移特性，解析了该特性对于ARF3调控顶端分生组织（Shoot apical meristem, SAM）和花分生组织（Floral meristem, FM）发育的生物学意义。根据项目需要建立了基于本激光共聚焦显微镜的分生组织三维重构技术；明确了花发育进程中，生长素、细胞分裂素响应以及ARF3蛋白表达的时空特异性；证明了ARF3在SAM和FM发育过程中存在细胞间迁移现象；阐明了ARF3 分别以自主和非自主的方式调控花序模式和 SAM 活性的机制。项目取得的成果对全面理解ARF3的生物学功能，以及分生组织稳态的调控网络具有重要意义。此外研究结果显示ARF3还参与了对环境信号的响应。转录组数据表明，诱导ARF3表达后，与水分亏缺、温度、盐、光等胁迫响应基因的表达发生变化，这些结果为更深入研究ARF3及其介导的生长素信号响应逆境胁迫的调控机制提供了新的思路和线索。