973标书-植物重要器官形成的遗传和表观遗传调控机理研究.doc

项目名称： 植物重要器官形成的遗传和表观遗传调控机理研究 曹晓风 中国科学院遗传与发育生物学研究所 2009.1至2013.8 教育部 中国科学院 本项目瞄准前沿以我国粮食安全重大需求为导向，采用分子遗传学、表观遗传学、细胞生物学、生物化学和系统生物学等多学科综合研究手段，解析高等植物重要器官形成和大小决定的遗传表观遗传调控机制和网络，重点阐明器官形成过程中形态建成关键因子的作用机理和信号。针对要解决的科学问题，植物器官特征决定的遗传和表观遗传调控网络植物重要器官形态建成的调控机制重要植物器官大小控制的分子基础实现对植物生长发育调控的改良植物器官特征决定的遗传和表观遗传调控网络 植物器官特征决定受一些关键基因控制，这些基因受到转录、转录后和翻译后等多种水平精细调节。花器官决定是植物从营养生长向生殖发育转变的重要发育过程，并产生花器官。长期以来调控植物开花的分子机制一直是植物发育生物学研究的热点。植物开花时间不仅影响作物的穗数和粒数，还影响生长周期和环境适应性等赤霉素和自主途径因子是植物自身发育进程调控开花的关键因素，但是对赤霉素如何启动植物开花的了解却非常有限，而表观遗传调控因子在哪些通路、通过哪些靶位点调控开花关键基因还不清楚。赤霉素和自主途径因子如何接受环境信号通过植物自身发育进程来协调开花调控的目前还知之甚少。本将从花器官决定入手，综合利用遗传学、细胞生物学、生物化学、蛋白组学以及表观遗传学等手段，通过鉴定参与赤霉素和自主途径的遗传和表观遗传调控因子、解析这些遗传因子之间在各自的途径和与其它途径间相互作用的分子机制、研究表观遗传调控因子通过哪些靶位点调控各种遗传因子，解析各种激素和环境因素如何参与调控植物器官特征决定的遗传和表观遗传调控网络。我们将开展以下三个方面的研究赤霉素调控植物开花的分子机制短日照条件下早花突变体的作用机理，赤霉素促进开花的途径赤霉素拟南芥赤霉素生物合成途径缺失突变体ga1，在短日照条件下不能开花，在拟南芥ga1-3突变体的背景下，敲除赤霉素信号传导重要元件DELLA蛋白，如：ga1-3 gai-t6 rga-t2 三缺失突变体在短日照条件下可以正常开花表明赤霉素可以通过依赖于DELLA蛋白的GA信号传导途径参与拟南芥短日照开花的调控。化学抑制剂Paclobutrazol（PAC）处理植物能够阻遏赤霉素合成。spy是在含PAC培养基上筛选出的拟南芥突变体。rga spy gal-3三突变体表型分析表明SPY能够增强DELLA蛋白的作用。spy编码的SPINDY蛋白与动物的O连的N-乙酰葡萄糖胺转移酶（O-GlcNAc）高度同源，同野生型相比，敲除SPINDY，植物开花的关键调控因子，如：CO，SOC1和FT等基因转录水平都提高。表明赤霉素还可以通过依赖于SPINDY蛋白途径参与拟南芥短日照开花的调控。赤霉素启动植物开花的赤霉素与自主通路因子如何接受环境信号，并通过植物自身发育进程来协调开花调控的SPINDY是否是整合赤霉素和光信号（光周期和节律）网路调控植物由营养生长到生殖发育转化的关键节点也有待进一步深入探讨。本项目将重点鉴定SPINDY参与的开花调控的遗传途径中的新成员，并通过这些新成员的互作蛋白研究它们对植物花器官决定的作用机制以及赤霉素与植物环境信号互作调控花器官分化的机理。具体内容包括：利用pSPY:SPY-GFP的拟南芥转基因材料，通过EMS化学诱变和遗传筛选，获得Paclobutrazol抗性并抑制ga1-t表型的早花pef 突变体和抑制spy3表型的晚花ros突变体。比较ga1-t ros，ga1-t和ga1-t pef突变体间开花时间及开花相关基因的表达差异，进而推测ROS和PEF在调控开花机制中的可能功能。 ROS和PEF基因克隆，分析基因表达模式和抗体制备。分析ROS和PEF对SPINDY或者DELLA蛋白功能的影响。通过酵母杂交和免疫共沉淀分析可能与蛋白质相互作用的蛋白（或基因），深入探讨F在植物开花调控中的功能重点分析这些新成分在控制植物开花中的功能，揭示赤霉素调控植物开花的分子机制。 蛋白质复合体对开花关键基因表达调控的分子机制研究。鉴定蛋白质复合体组分，重点阐述蛋白质复合体对开花关键基因表达调控的分子机制。前期研究已经表明SPINDY基因可以调控CO基因的表达。进一步的CHIP实验分析表明CO位点染色质区域被修饰，而且这种修饰与SPINDY蛋白相关。酵母双杂交的研究结果也表明SPINDY蛋白可与GI蛋白质相互作用，那么是否SPINDY蛋白通过影响开花关键基因的染色质区域修饰相关的蛋白质复合体形成或组成，进而调控植物由营养生长到生殖发育关键基因的转录？拟南芥PICKLE（PKL）基因可能编码一种CHD3染色质重塑因子，该基因突变具有晚花表型，而在这