BIO和ELE調控豆科植物器官形態發育分子機理研究

《BIO和ELE調控豆科植物器官形態發育分子機理研究》是依託中山大學，由李信擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：BIO和ELE調控豆科植物器官形態發育分子機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李信
• 依託單位：中山大學

中文摘要

申請者所在的團隊在研究兩側對稱性花發育分子機理中，發現豆科植物存在多個調控花對稱性發育的分子途徑和重要因子，決定了花器官的形狀和大小。本申請前期工作在豌豆等豆科模式植物克隆了調控器官形狀和大小的兩個重要基因BIO和ELE。遺傳分析表明BIO和ELE相互作用，調控花瓣和葉等植物器官形態發育；其突變體對器官發育影響的多效性提示BIO和ELE處於決定器官形態發育遺傳調控網路中的上游。對BIO和ELE基因序列分析表明：它們分別編碼了接頭因子和轉錄調控因子；初步的生化實驗分析顯示，BIO和ELE在蛋白質水平上有相互作用、它們還能與其他轉錄調控因子相互作用。本課題將對BIO和ELE的功能進行深入研究，試圖證明BIO的功能涉及招募轉錄調控因子，形成BIO-ELE複合體調控下游基因表達，從基因組與蛋白質水平研究BIO和ELE決定豆科植物器官形狀和大小的遺傳調控網路及分子機理。

結題摘要

植物三維形態發育的分子機理研究一直是植物科學關注的研究領域，其中一個熱點是探討植物器官的形狀和大小如何被決定。在模式植物（如擬南芥等）的研究表明，器官的形狀和大小受到嚴謹的遺傳調控，一些調控植物器官形態發育的因子和分子途徑已被鑑定出來。為了研究豆科植物器官發育的生化機理，本課題組通過大規模誘變篩選，得到了影響器官發育的突變體：bigger organs(bio)、elephant ear-like leaf（ele）和lathyroides（lath）。發現bio突變體具有多效性：植物器官的形狀與大小發生變化，葉片變大，褶皺不平向下捲曲；腹部與側部花瓣形成對稱型形態，花瓣變大；植株整體變大。ele突變體表型與bio突變體表型相同，突變體的植物器官如葉、花的形狀與大小均發生改變，且整體植株也變大。提示BIO與ELE在調控植物器官發育的同一條途徑中發揮作用。lath突變體表型與bio突變體表型相反，花瓣變成窄條狀，且背部花瓣變化最明顯，提示我們BIO可能與LATH在調控器官發育中發生了相互作用。由於BIO和ELE分別編碼了含有KIX-like結構域的接頭因子和PEAPOD (PPD)直系同源基因，提示我們BIO和ELE作為蛋白複合體的骨架，可能還招募了其他重要的調控因子參與器官發育：轉錄共抑制子和轉錄因子，從而調控下游靶基因的表達水平。同時BIO蛋白編碼的EAR模指，提示我們BIO可能招募了TOPLESS參與表觀遺傳學調控。 本研究主要圍繞BIO與ELE參與豆科植物器官發育的生化機理調控：1、證明BIO能與ELE形成轉錄複合體參與植物器官的發育；2、BIO能夠招募其他轉錄因子，如TOPLESS、LATH等，一起參與植物器官（如葉等）的發育，調控下游基因的表達；3、證明ELE能夠與其他轉錄因子，如LHP1（HETEROCHROMATIN PROTEIN 1）發生相互作用，從而進行表觀遺傳學調控，調控植物器官（如花等）的發育。通過實驗結果顯示BIO-ELE參與了豆科植物器官發育的生化機理調控，初步建成調控豆科植物器官的三維形態發育。