DELLA蛋白调控拟南芥根尖干细胞微环境的研究

赤霉素是调控植物生长发育的重要激素。赤霉素信号途径的关键元件- - DELLA蛋白通过抑制植物根尖细胞的伸长和分裂进而阻遏根的生长。我们发现，DELLA五缺失突变体gai-t6 rga-t2 rgl1-1 rgl2-1 rgl3-1的QC及干细胞微环境结构异常，干细胞微环境维持相关基因WOX5的表达明显降低,表明DELLA蛋白参与根尖QC及干细胞微环境的调控，但其调控机制还不清楚。因此，我们通过酵母双杂交方法筛选了DELLA的互作蛋白GIP（GAI -Interacting Protein ）。其中GIP4的缺失突变体和过表达的转基因植物的根部表型分析表明，GIP4基因参与植物根尖QC和干细胞微环境的调控。在此基础上，本项目拟深入研究GIP4基因的功能，解析DELLA蛋白与GIP4相互作用共同调控拟南芥根尖QC及干细胞微环境的分子机制，为揭示拟南芥根尖干细胞的调控网络提供新知识。

赤霉素是调控植物生长发育的重要激素。DELLA蛋白是赤霉素信号传递途径中的关键负调控因子。赤霉素促进植物生长发育是通过26S蛋白酶体降解途径特异地降解DELLA蛋白来实现的。本研究证明，赤霉素信号途径参与调控植物根尖干细胞活性和根的生长发育，DELLA蛋白是维持根尖干细胞微环境稳定的必要元件。DELLA蛋白在调控根尖干细胞微环境时既不依赖于SCR/SHR途径，也不依赖于生长素/PLT途径。与DELLA蛋白互作的GIP4蛋白(GAI-INTERACTING PROTEIN)也是维持根尖干细胞微环境稳定的必要元件，GIP4蛋白在维持根尖干细胞微环境稳定时不依赖于生长素/PLT途径，而是部分依赖于SCR/SHR途径。. 本研究进一步证明：DELLA蛋白在植物体内能与GIP4和SCR蛋白两两互作，三者中任一成员的过量表达均能显著增强WOX5的表达，而三者中任一成员的缺失均可使QC特性部分丧失，导致无法维持周围干细胞活性及干细胞微环境的稳定。因此，GIP4-DELLA-SCR可能通过形成蛋白复合体的方式协同调控根尖生长发育和干细胞微环境的稳定。另外，DELLA蛋白能反馈调节赤霉素的合成和信号传递，当DELLA蛋白高水平积累时能大大促进赤霉素合成及信号途径中关键基因的表达水平；GIP4蛋白能直接结合GA20ox2，GA3ox1和GID1b的启动子区进而调控赤霉素合成途径和信号转导途径中关键基因的表达。在过表达GIP4的前提下，缺失DELLA蛋白则削弱GIP4对赤霉素合成及信号转导途径中关键基因的上调作用。反之，在过表达DELLA蛋白的前提下，缺失GIP4也能削弱DELLA蛋白对这些基因表达的上调程度；SCR也能调节GA合成，在scr-3突变体中GA20氧化酶及GA3氧化酶基因的转录水平显著降低。过表达SCR能够微弱上调GA20氧化酶和GA3氧化酶基因的转录水平，但当DELLA蛋白高水平积累时，过表达SCR则能显著提高这些基因的表达水平。因此，GIP4-DELLA-SCR蛋白复合体通过协同调控植物根尖赤霉素合成和响应进而调控植物根尖干细胞的稳定和根的生长发育。. 本研究为进一步认识赤霉素作用的分子机理以及根尖干细胞活性维持分子机制提供了新知识。