HANABA TARANU (HAN) 调控植物茎尖与花发育的分子机理研究

高等植物地上部所有器官（包括茎、叶、花和果实）都来源于茎尖分生组织的干细胞库，茎尖分生组织由此直接影响与调控植株形态与结构建成、植物生物量、作物与蔬菜的产量等重要生物与农艺性状。HAN 是调控茎尖分生组织结构和植物花器官发育的关键基因之一，HAN功能缺失或过量表达导致植物茎尖、分枝、花等发育过程严重紊乱和相应器官畸形，但其确切分子作用机理尚不清楚。本项目主要利用分子遗传、光学活体成像技术（live imaging）、免疫学等手段，研究 1）HAN调控花发育的遗传学途径；2）HAN 调控WUS-CLV3（调控茎尖分生组织的经典途径）的分子机理；3）HAN与生长素在植物花发育过程中的相互作用机制。这项研究引入植物光学活体成像技术，深度解析HAN调控植物茎尖与花发育的分子机理，将对经济作物整枝、粮食作物增产提供分子生物学依据，具有深刻的生物学和经济学价值。

植物物地上部的所有器官都源自顶端分生组织（SAM）。器官原基从SAM的周缘区产生，在SAM和新生成的器官原基之间存在由一类特殊细胞组成的边界区，它将无限生长的分生组织和有限生长的器官发育分开。拟南芥HANABA TARANU (HAN) 是一个在边界区特异表达的GATA3家族转录因子，调控花器官的发育、SAM的组织形态和胚胎发育。但在禾本科植物中，HAN却抑制苞叶生长、促进分枝的形成。但其潜在的作用机制和在园艺作物中的功能仍不清楚，因此本项目进行了如下研究：1）瞬时过量表达HAN会抑制HAN自身和其它三个GATA3家族基因HANL2（HAN-LIKE2）、GNC（GATA，NITRATE-INDUCIBLE，CARBON-METABOLISM-INVOLVED）和GNL（GNC-LIKE）的表达，并形成一个负反馈调节环。遗传分析表明，HAN和这三个GATA3家族基因表达模式部分重叠，共同调节花的发育。HAN能够和自己以及这三个GATA3家族基因形成二聚体，并在体外直接结合于自身和GNC的启动子上。因此，HAN作为抑制因子，通过调控GATA3家族基因、激素反应和花器官特异性的基因来调节花的发育。2）通过对HAN与两个分生组织基因BREVIPEDICELLUS (BP)和PINHEAD (PNH)以及三个器官原基特异基因PETAL LOSS (PTL)、JAGGED (JAG)和BLADE-ON-PETIOLE (BOP)的遗传分析，我们发现HAN 对拟南芥花瓣的数量有决定性作用。HAN和PNH在转录水平相互促进，在蛋白水平相互结合，共同调控SAM的形态与结构。HAN直接促进JAG和BOP2的表达，并直接与JAG蛋白互作来调控花器官的发育。HAN直接与CYTOKININ OXIDASE 3 (CKX3) 的启动子和内含子区域结合来调节细胞分裂素在边界细胞中的稳态。 3）黄瓜CsHAN1主要在顶端分生组织和茎的连接处表达。 CsHAN1过量表达和RNAi干扰表达导致黄瓜从胚胎形成时期时开始生长迟缓、叶片开裂。CsHAN1可能通过调节WUS 和STM 的表达来调控黄瓜SAM的发育，以及通过复杂的基因调控网络来调控黄瓜叶片的发育。本项目阐明了边界基因HAN在拟南芥和黄瓜上不同的生物学功能和作用机制，丰富了植物边界基因和边界区的功能研究，并为培育优良株型的黄瓜新品种提供理论指导