两个C3H类锌指蛋白调控拟南芥育性的分子机制研究

Zinc finger proteins, as the important transcriptional regulators, are wildly expressed in the prokaryotic and eukaryotic organisms and play important roles in the developmental process of plants and animals. Until now, the research on the zinc finger proteins are focused on the drought or cold tolerance as well as the seed germination and no report has been found on the anther development. Our previous work found that C3H14 and C3H15 play roles in the anther cell wall development in Arabidopsis. Double mutants of C3H14 and C3H15 showed reduced fertility caused by the abnormal anther cell wall, while c3h14c3h15(±) and c3h14(±)c3h15 also have lower fertility for the same reason. Our previous studies found that C3H14 and C3H15 sublocalized in the nucleus and have transaction as well as DNA and RNA binding activities. Based on the above studies, our research will focus on the identification of downstream genes of C3H14 and C3H15 by Y2H/ChIP/RIP-Chip methods to clarify the molecular mechanism of C3H14 and C3H15 in regulating the anther cell wall development.

锌指蛋白是一类广泛存在于原核和真核生物中的重要转录调控因子，在动植物的生长发育过程中均起着重要作用。目前，对锌指蛋白的研究多集中在水稻抗旱、抗低温及种子萌发上，还未见锌指蛋白对花药发育影响的报道。本实验室前期工作发现C3H14和C3H15基因影响了拟南芥花药细胞壁的发育。C3H14和C3H15的双突变体由于花药细胞壁发育异常而完全不育，而突变体c3h14c3h15(±)和c3h14(±)c3h15也由于花药细胞壁的发育异常而导致育性明显降低。前期工作表明C3H14和C3H15基因亚细胞定位于细胞核，且具有转录激活活性，同时具有DNA和RNA双重结合功能活性。本项目以此为基础，利用酵母双杂交筛库、ChIP以及RIP-Chip技术在全基因组水平上分别鉴定C3H14和C3H15的互作蛋白及下游靶基因，旨在阐明C3H14和C3H15基因在转录以及转录后水平上调控花药细胞壁形成的分子机理。

植物的育性是影响植物产量的关键因素，而植物在开花结实的过程中，会遇到各种各样逆境环境的影响。其中，高温是限制植物生长和产量的主要非生物胁迫因子。在全球气候变暖的大环境下，研究高温对植物影响的机理以及植物如何应对高温，对以后指导农业生产，改良农作物品种提供了理论基础和依据。目前，双子叶模式植物拟南芥在育性以及逆境应答中的机理研究中已取得了很大的进展，但是很少有将高温和育性结合起来的研究报道。我们在本课题的研究过程中发现了一个很有意思的现象，那就是高温能够部分恢复c3h15突变体不育的表型。高温是如何恢复育性的，这其中的分子机理是怎样的？这就是本课题中我们试图解决的科学问题。.本实验室前期工作中发现了一个CCCH类锌指蛋白，我们通过研究发现高温能够部分恢复c3h15突变体不育的表型。通过酵母以及荧光素酶活性实验，我们发现C3H15蛋白具有转录抑制活性。在过表达C3H15基因的拟南芥中HSFA2基因表达明显下调，而在突变体中表达明显上调。通过EMSA以及ChIP实验，我们发现C3H15蛋白能够作为转录因子直接结合下游直接靶标HSFA2基因的启动子区，并抑制HSFA2基因的表达，从而参与拟南芥的高温响应。另外，我们通过酵母双杂交筛库，筛选到了C3H15锌指蛋白的三个互作蛋白MBR2、Hsc70-3及BAG4蛋白。我们利用BiFC和Y2H的方法证明了它们之间的相互作用。其中，MBR2蛋白是一个E3连接酶，参与了磷酸化的C3H15锌指蛋白的降解，且蛋白降解发生在细胞核中。而Hsc70-3及BAG4蛋白对MBR2蛋白介导的C3H15锌指蛋白的降解进行了精确的调节。同时，这些互作蛋白也参与了C3H15锌指蛋白介导的耐热响应。高温能部分恢复c3h15突变体不育的表型，而高温能够诱导MBR2、Hsc70-3及BAG4的表达，抑制C3H15的表达。目前，我们正在从遗传上证明MBR2、Hsc70-3及BAG4基因对高温能部分恢复c3h15突变体不育表型的影响。.综上所述，本课题发现高温能够部分恢复c3h15突变体不育表型，并从分子水平初步阐述了高温部分恢复c3h15突变体不育表型的机理。本课题首次对高温能够部分恢复c3h15突变体不育表型的分子机理进行了探讨。