过氧化氢和油菜素内酯调控植物根尖干细胞维持与分化的分子机制

Plant survival largely relies on an appropriate root system due to its mechanical supporting roles and its functions in water and nutrient acquisition. The remarkable plasticity of plant root is maintained by root apical meristem, which harbors the so-called “quiescent center” (QC) and its surrounding stem cells within the stem cell niche. In Arabidopsis, the root stem cell niche serves as the source of all differentiated cell types during root development， and is regulated by the networks of interconnected hormonal and environmental signal transduction pathways. Hydrogen peroxide (H2O2) and brassinosteroid (BR) have been reported to regulate the maintenance and differentiation of root stem cell, but the specific molecular mechanisms remain poorly understood. Our previous study showed that H2O2 and BR are interdependent in promoting the QC cell division. Here in this proposal, we will take advantages of the genetic and genomic tools to identify the H2O2-oxidized target proteins that are involved in BR signal transduction, and then gain a deep insight into the mechanism of H2O2 and BR regulation of root stem cell niches.

植物根系的可塑性生长发育是植物适应环境尤其是各种逆境的重要基础，而这种可塑性的根本在于根尖干细胞的维持与分化。根尖干细胞是根中不同组织细胞的源泉，位于干细胞中间的静止中心QC细胞对干细胞活性的维持具有重要的调控作用。过氧化氢和油菜素内脂对维持植物根尖干细胞微环境起着重要的调控作用，但其作用的分子机理还不清楚。申请人前期的研究工作显示过氧化氢和油菜素内酯相互依赖，共同调控根尖QC细胞分裂。在本项目中申请人将利用遗传学、生物化学和分子生物学等手段来筛选鉴定参与油菜素内酯信号转导并被过氧化氢氧化修饰的目的蛋白，并通过对目的蛋白的功能分析来阐明过氧化氢和油菜素内酯调控根尖干细胞微环境的分子机理，为我们下一步利用过氧化氢和油菜素内脂改良和设计合理的作物根型提供理论指导和和技术支持。

植物根系的可塑性生长发育是植物适应特定生长环境的重要基础，而这种可塑性的根本在于根尖干细胞的维持与分化。油菜素内酯(Brassinosteroid, BR）是一种重要的植物甾醇类激素，在植物根尖干细胞的维持与分化过程中起着重要的作用，但其作用的分子机制尚不明确。在本项目中我们发现BR和活性氧相互依赖促进根尖干细胞平周分裂；BR信号转导的关键转录因子BZR1和根系发育的重要调控因子SHR相互作用，协同调控根尖干细胞活性调控的关键基因MGP、NUC和CYCD6;1的表达来调控根尖干细胞的维持与分化；此外BZR1-SHR还能调控RBOHD和RBOHF的表达，促进H2O2的形成；而积累的H2O2会促进BZR1和SHR的相互作用，诱导BZR1-SHR复合体的形成，进而调控根尖干细胞的活性，形成一个正反馈循环来调控根尖干细胞的活性。该研究为我们下一步利用油菜素内酯改良和设计合理的作物根型提供理论指导和技术支持。