WOXs调控种子萌发活力的分子机制研究

Seed germination is a new start point of life cycle, and plays important role in the production of crops. Studies have showed that cell division is involved in radicle protrusion during germination. WUSCHEL-related homeobox (WOX) transcription factors are essential in maintaining and/or promoting meristem. However, it is not clear if WOXs play a role in radicle protrusion through controlling cell division. Recent progress in our lab indicated that loss-of-function of WOX2 and WOX5 can result in changed seed germination speed. Therefore, we would further investigate the molecular mechanisms of WOXs in regulating germination in this project. The work will be focus on the identification of target genes of WOXs in regulating radicle protrusion and gene regulatory network through combining genetics, OMICS, physiology and biochemistry approaches. The work will be very helpful for understanding seed germination capability regulated by cell division mediating by WOXs , and to provide molecular basis of seed germination for the control of agricultural production.

种子萌发是植物生命周期的起点，对作物高产稳产至关重要。研究表明胚根突破种皮时，细胞分裂在其中发挥重要作用，而WOXs蛋白在控制干细胞分裂方面起着关键作用，然而有关WOXs调控种子萌发活力的研究还是空白。课题组近期发现WOX2 和WOX5 可能参与调控细胞分裂影响种子萌发活力，但其下游靶基因以及分子调控机制还不十分清楚。因此，项目以WOXs蛋白入手，鉴定其下游靶基因，并利用分子生物学、组学、生理生化、遗传学等技术对WOXs及其靶基因的功能、作用机制和分子网络开展深入研究，解析其调控细胞分裂促进种子萌发的分子通路，并阐明该通路与植物激素途径的作用关系，为农业生产中控制种子萌发提供分子理论基础。

种子萌发是植物新生命周期的起点，对作物高产稳产至关重要。研究表明胚根突破种皮时，细胞分裂在其中发挥重要作用，而WOXs蛋白在控制干细胞分裂方面起着关键作用，然而有关WOXs调控种子萌发活力的研究还是空白。项目以WOXs蛋白入手，并利用分子生物学、组学、生理生化、遗传学等技术对WOXs及其靶基因的功能、作用机制和分子网络开展深入研究。项目按照研究计划顺利完成了WOXs家族基因的时空表达模式、鉴定了参与调控种子休眠与萌发的WOX家族成员，发现WOX2和WOX4正向调控种子萌发，而WOX5抑制种子萌发；WOX11 也正向调控种子萌发。项目也从胚发育形态以及萌发激素响应等方面探讨了WOX成员WOX2和WOX4调控种子萌发的机制，发现WOX2和WOX4功能冗余调控胚的大小，进而影响萌发；此外，利用转录组分析了WOX2\WOX4调控种子萌发的分子路径，发掘了可能的下游基因如XTH7，NAC1等。这些成果为进一步深入研究WOX家族调控种子萌发的分子通路鉴定了基础。