转录因子K1介导JA信号通路调控拟南芥花粉生长发育的分子机制研究

Pollen development, germination and tube growth are essential for the double fertilization of plants. Plant hormones and transcription factors play important roles in those physiological processes. However, there are still open questions to be explored about how plant hormones regulate pollen development and growth through transcription factors. Our preliminary research results showed that, a transcription factor K1 may be involved in the regulation of pollen growth and development in Arabidopsis. K1 interacted with multiple JAZ proteins and regulated transcription of MYB and MYC genes which are associated with the JA signaling pathway. These results indicated that K1 is probably a new key factor in the regulation of JA signaling pathway during pollen growth and development. However, the molecular mechanism is largely unknown. This project aims to explore the function of K1 and the correlation between K1 and JA signal pathway in pollen growth and development, and identification of K1 regulated downstream genes in this process. This study will reveal the role of K1 in pollen growth and development. The results are of good help in understanding the regulatory mechanism of pollen growth, germination and pollen tube elongation in Arabidopsis thaliana.

花粉发育以及花粉管的萌发生长对于植物完成双受精过程至关重要。植物激素和转录因子都在这个生理过程中发挥着重要的作用。然而，关于植物激素如何通过转录因子调控花粉发育以及花粉管萌发生长方面仍然存在许多需要探索的问题。申请人的前期研究结果发现转录因子K1可能参与调控拟南芥花粉生长发育过程，同时K1蛋白能够与多个JAZ相互作用，并且与JA信号途径相关的MYB和MYC基因之间可能存在转录调控关系，推测K1可能是JA信号通路调控花粉生长发育过程中新的关键因子，但具体的分子机制尚不清楚。本项目拟探究K1在花粉生长发育中所发挥的功能，并揭示K1与JA信号途径调控花粉生长发育的相关性，同时寻找在此过程中K1调控的下游基因，从而深入解析K1调控花粉生长发育的分子机制。本项目的研究对于阐明拟南芥花粉生长发育、萌发和花粉管生长的分子机制具有重要的科学意义。

花粉发育以及花粉管的萌发生长作为被子植物有性生殖过程的重要环节，其对于植物正常的生长发育和世代交替至关重要。在此生理过程中多种植物激素发挥重要调控作用；此外，作为功能基因表达的直接调控者转录因子在花粉发育、花粉管萌发和生长过程中也发挥着不可或缺的重要功能。本项目以拟南芥花粉的生长发育过程为研究对象，以转录因子K1和JA信号途径为切入点，利用分子生物学、细胞生物学和遗传学方法深入研究K1调控拟南芥花粉生长发育的分子机制。结果显示，K1在拟南芥雄蕊、花粉中大量表达，K1基因表达量的变化会影响拟南芥角果的大小和育性，其主要原因是影响了花粉萌发和花粉管生长这一生理过程。K1蛋白能与多个JAZ相互作用，并且与JA信号途径相关的MYBs基因之间存在直接转录调控关系，MYBs基因是K1下游靶基因；进一步研究发现JAZs能够抑制K1对MYBs的转录活性。以上结果证明：K1是JA信号通路调控花粉生长发育过程中新的关键因子。本项目的研究丰富了在花粉生长发育和种子育性调控中JA信号通路的作用，发现参与JA信号通路的新的转录因子，为全面理解JA信号通路在植物有性生殖研究领域发挥的调控机制提供了新内容，为揭示高等植物花粉生长发育的调节机制提供新的研究思路；同时本研究也为作物的遗传育种提供了新的理论依据，具有重要的科学意义。