植物年龄途径的分子解析

The life cycle strategy of higher plants can be classified into three forms: annual, biennial and perennial. Despite these highly diversified life-cycle strategies, the developmental transitions are controlled by miR156-mediated pathway. In addition, studies of Arabis alpina and Cardamine flexuosa suggest that miR156 and FLC play critical roles in the perennial growth habit. We propose a project to address following questions: 1) the regulatory basis of miR156 by age; 2) the molecular mechanism by which miR156 regulates the expression of adult traits; 3) the regulatory mechanism of FLC by cold in perennials.

植物的年龄策略呈现多样性，这是植物环境适应性的一个重要表现方式。按照生活周期，植物可分为单年生、二年生及多年生。尽管不同的植物有着不同的生活习性，它们的时序性发育都是由小分子RNA--miR156介导的年龄途径调控的。植物的幼年期和成年期有着截然不同的形态特征。miR156的表达受到年龄调控，其含量与植物幼年期的长短呈正相关。课题拟以拟南芥为模式研究以下两个问题：1) 年龄调控miR156表达的分子机制；2) miR156调控植物成年期特征建立的分子基础。弯曲碎米荠的研究表明，多次开花多年生植物生活习性的建立与miR156和春化关键基因FLC的震荡表达特征密切相关。课题拟以弯曲碎米荠为模式解析低温调控弯曲碎米荠FLC表达的分子机制，进而回答多年生草本植物生活习性建立的分子机理。本课题的研究将为我们深入理解生命体成熟衰老的内在规律、植物的环境适应性以及植物的进化历程提供重要理论基础。

在项目执行期间，发表责任作者论文8篇，包括1篇EMBO J，3篇Plant Cell，1篇Mol Plant和1篇Current Opinion of Plant Biology。通过本项目的实施丰富了miR156-SPL年龄模块调控植物时序性发育的机理的认识。首先，发现miR156-SPL年龄模块具有多效性，可以通过不同的分子机理，通过不同的下游靶标基因调控多种植物发育过程，例如miR156-SPL模块可以通过下游miR172基因调控叶片下表皮毛的发育，可以通过调控细胞分裂素关键基因B-ARR的活性控制茎尖分生组织关键基因WUS的表达，进而影响芽的再生能力，还可以通过调控AP2/ERF类转录因子的表达控制不定根的再生。其次，在项目执行过程对糖如何调控miR156的表达有了更加深入的认识，积累了经验，这为下一步重新规划实验利用新技术新方法解析其中的分子机理奠定了基础。最后，项目的实施推动了实验室关于多年生植物生活习性分子机理的研究，在过去的几年里建立了多次开花多年生植物的模式植物，完成了相关基因组的测序工作，并开展了正向遗传学研究，这些基础为下一步解析其中的多年生生活习性自然变异位点奠定了良好的基础。项目负责人在项目执行期间获得基金委杰出青年基金，上海市优秀学术带头人，中国青年科技奖，科技部中青年科技领军人才和中组部万人计划等荣誉。项目执行期间共培养博士研究生4名，其中一人获得吴瑞奖学金，两人获得国家奖学金，一人获得国家博新计划支持并入选第一批青年人才托举工程。