RAR2介导拟南芥细胞分裂素和光信号途径互作的分子机制研究

Cytokinin and light play the important role in the regulation of various growth and developmental processes in plants.Previous studies showed that cytokinin interacts with light signaling pathway co-regulation plant growth.However the molecular basis and mechanism between cytokinin and light interaction is still unclear. In this proposal we isolated the DEX resistant rar2 mutant via genetic screening of repressor of 35S::ARR1ΔDDK:GR.rar2 35S::ARR1ΔDDK:GR mutant has longer hypocotyl and root with DEX treatment under light and dark condition.Cytokinin treatment increases RAR2 protein level expression.Using BiFC method, we find that RAR2 and ARR1 protein interacts in Arabidopsis protoplasts.The CHIP analysis showed that RAR2 can bind the promoter region of the SHY2 gene.So our proposal will focus on the three main respects,first,elucidating the mechanism for RAR2 regulating the root growth in cytokinin and light signaling pathway;second,demonstrating the relationship between RAR2 and ARR1;third, revealing the network controlled by ARR1 and RAR2 in cytokinin and light signaling pathway.

光和细胞分裂素在调控植物的生长发育过程中扮演重要角色。已有的研究表明细胞分裂素与光信号途径在调控植物的生长发育过程中存在互作，但是具体的分子机理并不清楚。通过筛选35S::ARR1ΔDDK:GR的抑制子rar（repressor of 35S::ARR1ΔDDK:GR）获得rar2突变体。rar2 35S::ARR1ΔDDK:GR在黑暗及光下生长时均表现出很强的DEX抗性，细胞分裂素处理增加RAR2蛋白表达，RAR2与ARR1蛋白体内存在互作，RAR2能够直接结合于SHY2基因的启动子区。因此，本项目重点进行以下三个方面研究工作：（1）揭示RAR2在光和细胞分裂素信号途径中调控初生根生长的分子机制；（2）探讨细胞分裂素对RAR2蛋白稳定性的影响并分析RAR2与ARR1体内互作是否依赖于光和细胞分裂素信号途径；（3）解析RAR2与ARR1在细胞分裂素和光信号途径中调控植物生长发育的信号网络。

光和细胞分裂素在调控植物的生长发育过程中扮演重要角色。已有的研究表明细胞分裂素与光信号途径在调控植物的生长发育过程中存在互作，但是具体的分子机理并不清楚。本项目通过筛选35S::ARR1ΔDDK:GR的抑制子rar（repressor of 35S::ARR1ΔDDK:GR）获得rar2突变体，揭示RAR2在光和细胞分裂素信号途径中调控初生根生长的分子机制；探讨细胞分裂素对RAR2蛋白稳定性的影响；解析RAR2与ARR1在细胞分裂素和光信号途径中调控植物生长发育的信号网络。项目结果首次揭示细胞分裂素对根尖分生区大小的抑制依赖于光。rar2 35S::ARR1ΔDDK:GR在黑暗及光下生长时均表现出很强的DEX抗性，DEX处理后，rar2 35S::ARR1ΔDDK:GR根尖分生区细胞的数目及长度多于35S::ARR1ΔDDK:GR对照，结合对蓝光、红光及远红光下主根的表型及长度分析表明，RAR2在调控光下主根的生长过程中起重要的作用。ChIP实验表明，ARR1能够结合于WOX5基因的启动子区且RAR2能够结合于SHY2基因的启动子区调控其表达，RAR2通过保持根尖分生区较强的细胞分裂进而调控根的生长。从光下移到黑暗条件下，RAR2蛋白表达下降，但细胞分裂素的处理延缓了RAR2蛋白的降解。此外，ARR1与RAR2的互作蛋白RAR2P存在直接的互作，细胞分裂素处理促进RAR2P在细胞核中的积累。DEX处理下调了35S::ARR1ΔDDK:GR中生长素/PLT信号途径和SCR/SHR途径中PIN2、PLT1、PLT2、PLT3、SHR及SCR基因的表达，但是rar2 35S::ARR1ΔDDK:GR中PIN2基因的表达不变，ARR1通过RAR2调控生长素信号途径中PIN2的表达进而调控拟南芥根的生长发育。上述研究结果为揭示细胞分裂素和光信号在调控植物生长发育过程中的作用奠定了基础。