拟南芥花发育早期细胞水平转录谱的研究

细胞是生物的基本单位，细胞的分化决定了多细胞生物的发育。细胞间的差异在很大程度上是由基因转录的差异所决定，因而研究发育过程中细胞特异的转录调控就非常重要。单类的细胞通常难于分离，而研究单类细胞的转录谱就更加困难。我们在前期工作中建立了高通量分析单类细胞转录谱的技术。首先，我们在目的细胞中特异表达带有标记的核糖体蛋白；然后，根据标记特异分离带有翻译中mRNA的多聚核糖体。我们进而用以第二代测序为基础的RNA-seq技术分析以此得到的细胞特异mRNA。利用此技术，我们拟分析植物生殖器官- - 花的发育初期过程中重要细胞类群的时空转录谱。我们计划在几个关键发育时期分析包括花原基干细胞、花器官原基、维管束和表皮细胞在内的细胞类群。以大量细胞特异转录谱为基础，我们将重建花发育过程的转录调控网络以发现细胞特异转录基因和未知调控过程，为进一步解析花发育过程打下基础。

本项目拟通过细胞特异核糖体标记的方法分析模式植物拟南芥茎尖、花发育过程中关键细胞类型的全基因组转录。细胞是生物的基本单位，细胞的分化决定了多细胞生物的发育。由于细胞间的差异在很大程度上是由基因转录的差异所决定，因而我们需要在细胞水平研究基因表达和转录调控。利用细胞特异核糖体标记的技术，我们系统研究了植物茎尖及叶片中多种重要细胞类型的基因表达，并发现了一批重要的调控机制和基因。由于花分生组织是特化的茎分生组织，因此我们所发现的细胞特异表达基因大多在花发育过程中具有相同表达模式。我们特别深入研究了器官与分生组织之间的器官边界区所特有的基因表达，并发现了重要激素细胞分裂素信号的富集。我们进一步深入研究了花发育过程中最外轮花器官萼片基部的细胞分裂素合成与代谢，发现重要的花发育调控基因 APETALA1 (AP1) 直接调控细胞分裂素的合成与代谢，从而影响细胞分裂素含量及下游信号。正常拟南芥花中 AP1 维持低细胞分裂素含量，使萼片基部无法形成新的花原基；而与花椰菜类似的 ap1 突变体中，细胞分裂素含量上升导致新的花原基在萼片基部形成，从而由单个花变为多歧聚伞花序。这些工作为进一步通过改变花序复杂性进行作物遗传改良提供了理论支撑。