RopGEF调控拟南芥花序模式的分子机理

Lateral organs such as leaves and flowers are arranged regularly around the stem of a plant, a phenomenon known as phyllotaxis. Plants have evolved sophisticated phyllotaxis to rapidly maximize light capture. Diversity of phyllotaxis in flower is apparently related to different reproductive strategies. Recent tremendous advances have identified the plant hormone auxin as the major regulator of phyllotaxis, and the plant hormone cytokinin, along with auxin, synergistically promote the earliest steps of organ initiation and robustness of the phyllotactic pattern. But the mechanism of the synergistic effect of auxin and CK during the formation of phyllotactic pattern remains elusive. ARABIDOPSIS HISTIDINE PHOSPHOTRANSFER PROTEIN 6 (AHP6), which is identified as important regulator of phyllotactic patterns, acts directly downstream of auxin by integrating and balancing the activity of the cytokinin and auxin. Our previous work found Arabidopsis mutant of the small GTPase RAC/ROP activator, RopGEF, caused aberrant phyllotaxis and members of RopGEF interacted with AHP6 in Yeast 2- Hybrid analysis, indicating that RopGEF might function as signaling component of AHP6 regulated phyllotaxis formation. This project will investigate the function of RopGEF in establishing phyllotactic pattern, identify the interaction between RopGEF member and AHP6, elucidate the role of RopGEF in the synergistical effect of auxin and cytokinin regulated phyllotactic pattern.

植物侧生器官如叶和花有规律地排列在茎的周围，形成特定的叶序（phyllotaxis)。目前的研究认为生长素及其极性运输是叶序模式的决定因素，同时细胞分裂素与生长素协同作用，促进器官的形成和叶序模式的稳定。而生长素和细胞分裂素如何协同作用，共同调控叶序的分子机理仍待完善。拟南芥组氨酸磷酸转移酶蛋白AHP6是新发现的整合两条信号通路的重要调控因子，在生长素下游协调和平衡生长素和细胞分裂素的活性，影响花序模式的建立。我们的前期工作发现拟南芥小G蛋白ROP/RAC的激活因子，RopGEF突变体花序排列紊乱，RopGEF成员能与AHP6互作，表明RopGEF可能是AHP6调控花序模式信号途径的新组分。本项目拟在前期工作基础上，明确RopGEF与AHP6的互作关系，解析RopGEF在调控花序发育中的功能，阐明RopGEF在生长素与细胞分裂协同作用下调控花序模式的分子机理。

植物侧生器官如叶原基和花原基均在茎尖分生组织（SAM）周围预定的位置、按规则的时间间隔起始，最终侧生器官有规律地排列在茎的周围，形成特定的叶序。目前的研究认为生长素及其极性运输是叶序模式的决定因素，同时细胞分裂素与生长素协同作用，促进器官的形成和叶序模式的稳定。而生长素和细胞分裂素如何协同作用，共同调控叶序的分子机理仍待完善。.主要研究内容：本项目通过对RopGEF5的时空表达模式，CRISPR/Cas9技术敲除RopGEF5基因，对突变体表型的观察，对生长素与细胞分裂素报告基因，生长素运输载体以及RopGEF5互作蛋白AHP6在突变体花序分生组织，解析了RopGEF5在花序以及根木质部发育中的功能及其在两条激素信号通路中的作用，获得的主要结果如下：.1）通过对RopGEF5启动子活性，mRNA原位杂交以及GFP荧光蛋白标记的融合蛋白分析发现，RopGEF5花序分生组织的维管细胞表达较强。.2）通过对CRISPR/Cas9基因敲除突变体的表型分析发现，RopGEF5功能缺失后会导致角果着生序列发生紊乱，花原基数目变多并且花序分生组织变大，表明RopGEF5在花序分生组织发育过程中具有重要的作用。.3）生长素报告基因DR5rev-GFP在RopGEF5功能缺失突变体中表达减弱，说明RopGEF5影响生长素在花序分生组织浓度高峰的建立。细胞分裂素响应的标记基因TCSn：：GFP表达增强，暗示在突变体中细胞分裂素的响应增强。.4）AHP6与RopGEF5能够在体内和体外直接相互作用，突变体的花序分生组织中AHP6表达水平减弱。.我们的结果表明：RopGEF5调控细胞分裂素的响应，并且与细胞分裂素负调控因子AHP6相互作用，通过影响AHP6的积累参与AHP6介导的信号通路，整合生长素与细胞分裂素信号途径，共同调控植物的发育。