C2H2型锌指蛋白基因ZFP5、SFP6和GIS3通过植物激素调控表皮细胞形成和发育分子机制研究
拟南芥表皮毛和根毛发育是研究植物表皮细胞发育的模式系统，近年来关于拟南芥表皮毛和根毛发育分子遗传机理的研究已取得很大进展，已克隆到许多调控表皮毛和根毛发育过程的关键功能基因。
本实验室以前的研究结果表明GLABROUSINFLORESCENCE STEMS(GIS)基因家族GIS、GLABROUS INFLORESCENCE STEMS2(GIS2)和ZINC FINGER PROTEIN8(ZFP8)通过整合赤霉素和细胞分裂素信号控制拟南芥表皮细胞形成和发育。本研究克隆和分析了3个与GIS基因兵有高度同源性的锌指蛋白基因ZINC FINGER PROTEIN5(ZFP5)、ZINC FINGER PROTEIN6(ZFP6)和GLABROUS INFLORESCENCE STEMS3(GIS3)，利用遗传学和分子生物学技术对它们调控植物表皮细胞发育的分子机制进行分析。取得主要研究结果如下:
1.过量表达ZFP5基因显著促进拟南芥表皮毛形成。功能缺失突变体zfp5与野生型相比在花、茎生叶、分枝和主茎花序上形成表皮毛数量显著减少;而且形成根毛数量比野生型显著减少，根毛长度比野生型显著减短。更重要的是，我们发现ZFP5通过赤霉素调控表皮毛形成，通过细胞分裂素调控根毛的生长发育。zfp5突变体根毛短的表型对外施植物激素细胞分裂素，以及营养成分钾和磷饥饿有响应。分子生物学分析显示，ZFP5作用于GIS、GIS2、ZFP8和表皮毛形成重要调控复合体GL1、GL3的上游调控表皮毛发育。利用化学诱导系统和染色体免疫共沉淀CHIP技术，进一步证实ZFP5通过直接作用于ZFP8和CPC分别调控表皮毛和根毛细胞的生长发育。
2.过量表达ZFP6促进拟南芥花和主茎上表皮毛生长，功能缺失突变体zfp6与野生型相比在花和主茎分枝上形成表皮毛数量显著减少，根毛数量显著减少。分子生物学结果显示，ZFP6作用于表皮毛正向调节因子ZFP5、GIS、GIS2、GL1和GL3的上游，通过赤霉素和细胞分裂素调控表皮毛细胞形成，同时也通过细胞分裂素调控根毛细胞的生长发育。
3.过量表达GIS3促进拟南芥花和其它组织上产生许多表皮毛，功能缺失突变体gis3与野生型相比在花和分枝上形成表皮毛数量减少。进一步分子生物学分析显示，GIS3作用于表皮毛正向调节因子ZFP5、GIS、GIS2、GL1和GL3的上游，通过赤霉素GA和细胞分裂素调控表皮毛生长发育。
以上研究结果显示，拟南芥锌指蛋白基因ZFP5、ZFP6和GIS3是调控表皮毛和根毛细胞形成的关键功能基因。这个研究结果进一步证实和补充GIS家族基因通过整合植物激素信号控制表皮毛和根毛细胞形成的作用机制。这些结果为进一步了解和研究拟南芥根毛和表皮毛细胞形成的作用机制提供了坚实的理论基础。同时这个研究结果对于了解植物表皮毛和根毛细胞发育，根系养分吸收，以及与植物激素、环境的互作关系，具有重要的学术意义和实际应用价值。
拟南芥;表皮毛;根毛;赤霉素;植物激素;细胞形成;细胞发育;分子机制;锌指蛋白基因
浙江大学
博士
作物学
甘银波
2011
中文
S31
125
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）