ZFP6和GIS3調控擬南芥根毛細胞形成的分子作用機制

《ZFP6和GIS3調控擬南芥根毛細胞形成的分子作用機制》是依託浙江大學，由甘銀波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：ZFP6和GIS3調控擬南芥根毛細胞形成的分子作用機制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：甘銀波
• 項目類別：面上項目

項目摘要

植物根毛細胞的發生、分化和伸長主要受轉錄因子、植物激素和環境信號的調控。近年來對植物根毛髮育的分子遺傳機理研究雖取得了很大進展，但轉錄因子通過植物激素和營養脅迫控制根毛形成的報導甚少。最近，我們從剛結題的一年期國家自然科學基金項目研究中克隆擬南芥ZFP5的2個同源基因ZFP6和GIS3，這2個基因突變體的根毛數量和長度顯著減少。與ZFP5基因不同，這2個基因主要參與根毛細胞命運決定後的分化和伸長。更為重要的是，這2個基因的表達受P和K飢餓脅迫所誘導，P和K飢餓脅迫能顯著增加野生型的根毛細胞長度，但不能顯著增加zfp6和gis3突變體根毛細胞長度，這揭示ZFP6和GIS3基因可能通過P和K信號調控根毛細胞的伸長。本項目將套用外源激素和營養脅迫實驗、突變體遺傳學分析、RNA-seq和染色體免疫共沉澱等技術，進一步研究ZFP6和GIS3基因通過植物激素和營養脅迫調控根毛形成和發育的分子作用機制。

結題摘要

根毛是植物吸收水分和營養的主要器官，培育具有較多和較長的根毛是作物高效利用養分和水分，提高作物產量的基礎和關鍵。本項目主要研究ZFP5的同源基因ZFP6和GIS3是否通過植物激素信號和營養脅迫調控根毛的形成和伸長。突變體分析和分子遺傳學實驗結果證實了ZFP6和GIS3是根毛髮育過程中的關鍵功能基因。遺傳學和分子生物學實驗揭示了GIS3通過調控其直接作用靶點基因RHD2和RHD4的表達量，來調控根毛伸長的分子機理 《Plant Physiology，小修中》。同時，我們還發現ZFP5及其同源基因ZFP6和GIS3能夠回響低磷、低鉀信號調控根毛的伸長。低磷、低鉀處理不能恢復其3個突變體短根毛的表型，RT-PCR和GUS染色結果表明, 低磷、低鉀處理能夠在轉錄水平和蛋白水平增加ZFP5及其同源基因的表達。遺傳學和分子生物學實驗表明，在低磷、低鉀脅迫下，ZFP5、ZFP6和GIS3能夠協同乙烯共同調控根毛的伸長，相關研究結果於2019年11月發表在《Plant Molecular Biology》。此外，我們還揭示了生長素、乙烯、細胞分裂素和RHD6，可以通過協同調控相同的根毛特異性基因RSL4和EXP7等的表達量來促進根毛形成的分子作用機理《Journal of Experimental Botany 2016》。我們在研究乙烯信號和營養非生物脅迫互作的同時，也發現乙烯信號也參與其他非生物脅迫（如ZnO NPs和Cr），乙烯介導ZnO NPs和Cr並誘導它們的毒性從而抑制植物生長，相關研究成果發表在《Environmental Science-Nano，2019》和《Plant Cell Environment，2018》等期刊上。以上研究結果，進一步完善了植物激素和營養脅迫通過鋅指蛋白調控根毛細胞形成的作用機制及其基因調控網路，對於如何培育具有較高根系生理活性，特別是具有較多和較長根毛的作物，從而提高作物根系吸收養分和水分的效率，提高作物產量，具有重要的理論意義和實際套用價值。本項目全面完成了課題的所有目標和任務，揭示了ZFP5、ZFP6和GIS3 通過細胞分裂素、乙烯及低磷和低鉀的信號調控擬南芥根毛形成的分子作用機制。本項目在國際刊物發表SCI論文10篇，其中5年影響因子6.0以上論文5篇，培養碩博研究生8名，順利完成項目各項任務和3篇論文的考核指標。