拟南芥HD-Zip转录因子GL2调控植物表皮毛发育的分子机制研究

Trichomes, which differentiate from epidermal cells, cover most of the aerial parts of terrestrial plants. Trichome serves as a barrier between plants and the environment, play a very important role in protecting plants from environment stress. Trichome is considered as an elegant model system for studying cell fate specification. Therefore, revealing the key factors, as well as their molecular regulation mechanisms involved in controlling trichome cell initiation and development, have very important values both in theoretical and application levels. The transcription factor GLABRA 2(GL2) is a member of HD-Zip gene family. It acts as a master regulator during the trichome initiation and the following developmental processes, and the loss of GL2 functions results in a severe trichome depletion phenotype. However, the downstream pathways of Gl2 in regulation of trichome development remains unknown. In this project, we will further explore the functions of GL2 in two ways. On one hand, we will determine the direct target genes and downstream pathways of GL2, using dexamethasone (DEX) induced GL2 transient expression system, microarray, Chromatin Immunoprecipitation-chip (ChIP-chip), DEX/ cycloheximide (CHX) treatment, and ChIP experiments. On the other hand, we will carry out a genetic modifier screening of the gl2-3 mutant, clone and identify new factors which genetically interact with GL2 during trichome development. This research is not only useful in understanding the molecular mechanism of Gl2 in regulation of trichome development, it also has potential applications in enhancing plant abiotic stress tolerance.

表皮毛广泛存在于陆生植物的地上部组织，是植物与环境之间的一道屏障，参与植物对逆境响应等重要生物学过程。同时，表皮毛也是研究植物细胞命运调控的优良模式系统。揭示表皮毛细胞形成和发育的关键因子和调控机制，具有重要的理论和应用价值。拟南芥HD-Zip家族转录因子GLABRA 2（GL2）是调控表皮毛形成和发育的关键因子，其功能丧失导致表皮毛严重缺失，发育受阻。本项目将以GL2为线索，一方面通过地塞米松诱导的GL2瞬时表达系统、基因芯片、染色质免疫共沉淀-芯片等实验，系统的建立GL2下游调控路径网络；另一方面通过筛选gl2-3遗传逆转突变体，克隆和鉴定与GL2遗传互作的新因子，并阐明他们与GL2及其他控制表皮毛发育的基因之间的互作机制，完善GL2介导的表皮毛发育遗传调控网络。通过本项目的研究，将进一步完善植物表皮毛形成和发育的分子调控模型，为通过改造表皮毛来提高植物的抗逆性奠定理论基础。

表皮毛是陆生植物的地上部组织表皮向外延伸形成的特殊的单细胞或多细胞结构，是特化的表皮细胞。作为植物体与环境接触的最外层结构，表皮毛是植物响应生物及非生物逆境胁迫的重要器官。同时，植物表皮毛结构简单、易于观察，表皮毛功能缺失突变体大多不影响植物的生存，因此也是研究植物细胞命运决定，细胞分化及发育的优良模式系统。所以，研究植物表皮毛的分化及发育机制，具有重要的学术意义和潜在的经济应用价值。本项目围绕表皮毛发育的关键调控基因GLABROUS 2 (GL2) 展开，一方面利用二代测序技术结合生物信息学分析鉴定GL2的直接作用靶点基因和下游调控路径；另一方面通过传统的大规模遗传诱变，筛选、克隆和鉴定GL2的新遗传互作因子，揭示他们的生物学功能，阐明他们与GL2以及已经发现的调控表皮毛细胞形成和发育的因子之间的互作关系，最终建立基因调控网络。. 本项目的完成情况：在系统鉴定GL2的直接作用靶点基因和下游调节路径方面，我们成功获得了实验所需要的全部的转基因植物材料，并完成了野生型和gl2-3突变体叶片组织的RNA-seq实验，获得了差异表达基因谱；但由于摸索实验条件，DEX诱导的不同表皮毛发育时期的pGL2:GL2-GR转基因植物的RNA-seq实验及pGL2:GL2-GFP植物的ChIP-seq实验还在进行中；在筛选和鉴定GL2新的遗传互作因子方面，我们成功构建了一个以gl2-3突变体为背景的EMS诱变库, 利用此诱变库筛选到了一批gl2-3突变体的修饰突变体。利用图位克隆的方法对其中的5个突变基因进行了定位，对这些基因如何通过和GL2互作从而调控表皮毛发育的分子机制的研究还在进行之中。 本项目按照既定任务和目标开展了所有的研究工作,在人才培养等方面都完成了课题的目标任务,但是由于摸索实验条件导致实验进度较慢。在论文发表方面上有欠缺，目前发表SCI论文2篇，接收SCI论文1篇，中文核心期刊3篇。.