UBP12和13在BR和RGF1调节的根的发育中的作用机制研究

Unpublished data from the lab discovered that overexpressing Brassinosteroid receptor BRI1 inhibits the meristematic cortex cell number in the root, while in BRI triple knockout mutant bri1brl1brl3, the root meristematic cortex cell number is increased. From our previous proteomic work, we identified two Ubiquitin-Spectific Protease ,UBP12 and its closest homolog UBP13, which expression levels are repressed by BR treatment. Simultaneously knocking out the UBP12 and UBP13 in Arabidopsis inhibits meristematic cortex cell number in the root. By yeast two-hybrid screen, we found UBP12 and UBP13 interact directly with RGF1 receptor RGI1 and RGI2. In this proposed study, we will study (1) the role of UBP12/13 in BR regulated meristematic cortex cell growth; (2) the role of UBP12/13 in regulating RGF1 signal pathway. From this work, we will not only identify a new component in regulating RGF1 signaling, but also shed new light into the molecular mechanisms by which BR regulate root meristem development. Our study will provide a good example about how phytohormone and peptide signal crosstalk to regulate root development.

本实验室前期研究发现植物激素油菜素内酯(简称BR)受体BRI1过表达能抑制根分生细胞的数目，而BRI1及其同源基因的三突变体bri1brl1brl3中分生细胞的发生增加。结合实验室已有的蛋白质相互作用组学的结果，我们找到了表达水平受BR抑制的去泛素化蛋白酶UBP12和UBP13。在拟南芥中敲除UBP12和13能抑制根分生细胞的数量。酵母双杂交等结果显示UBP12/13可能通过调节小肽激素RGF1信号途径来发挥作用。在本项目中，我们拟研究(1) UBP12/13在BR调节根分生细胞发生过程中的作用；(2) UBP12/13在RGF1信号通路中的作用来解析UBP12/13参与BR调节的根分生细胞发生的分子机制。本项目的研究结果不但将发现一个RGF1信号通路的新组分、解析BR调节根分生细胞发生的分子机制，也将为解析植物激素和小肽激素在植物根中相互作用共同调节根的生长发育提供新范例。

项目前期的研究结果显示BR受体突变体根变长，分生区细胞数目增加；BR受体过表达则能抑制根分生区细胞的数目，通过分析已有的蛋白质组学的数据，我们推测表达水平受到BR抑制的泛素特异蛋白酶UBP12和UBP13可能参与BR对根分生区细胞数目和根长的调节。通过分析UBP12/13 的双突变体以及诱导型恢复系植株的根的表型，我们确认UBP12和UBP13确实参与对拟南芥根的生长发育的调节。我们还证明ubp12,13双突变体对调节根生长发育的小肽激素RGF1处理不敏感，双突变体中高表达RGF1的受体RGI1以及下游转录因子PLT2则可以部分恢复ubp12,13双突变体根的表型，说明UBP12和UBP13参与RGF1信号途径对根的生长发育的调节。为了解析UBP12/13的作用机制，我们利用体内，体外等多种手段证明UBP12/13 可以与RGF1的受体RGI1和RGI2直接相互做用，ubp12,13双突变体中RGI1和RGI2的泛素化水平增加，蛋白水平降低，说明UBP12/13通过抑制RGI1/2蛋白的泛素化水平来抑制RGI1/2的降解，提高根分生区细胞对RGF1的敏感性从而促进根的伸长。利用BR和RGF1信号途径突变体的生理学分析显示，BR突变体的根伸长和分生区细胞数目对RGF1处理不敏感，RGF1信号途径突变体的根则对BR不敏感，说明BR和RGF1信号途径存在交叉互作；并且由于UBP12/13的基因表达水平受到BR的调节，所以我们最初的假设是 UBP12/13 可能作为BR转录因子BZR1点直接靶基因，受到BR的直接调节，从而参与BR和RGF1信号途径的交叉互作，共同调节根的生长发育。但是后期的染色质免疫共沉淀结果显示，UBP12/13可能不受到BZR1的直接调节，反而是PLT1/2受到BZR1的直接调节，而且PLT1/2 的双突变体的根对BR敏感程度显著降低，证明BR对根生长发育的调节依赖于PLT1/2。因此我们认为BR和RGF1信号途径的直接交叉互作主要是在对PLT1/2的调节，UBP12/13的作用可能是次要的。