拟南芥MS1283基因调控花药发育模式的机制

As angiosperm male reproductive organ, anther pattern formation is an important biological process. In the previous study, we isolated a T-DNA-tagged Arabidopsis mutant ms1283. In the mutant, disruption of MS1283 led to abnormal anther pattern formation with anthers lacking some locules, resulting in anther's left-right unsymmetry. MS1283 gene encodes a putative transcription factor protein. In the present project, we will study the functional mechanism of the MS1283 gene regulating anther pattern formation, which includes: 1) analyzing gene expression pattern through in situ hybridization, RT-PCR and promoter-GUS, and gene subcellular localization; 2) finding the direct downstream target genes of MS1283 through analyzing its binding sites on promoters with microarray, transgenetic plants of MS1283-FLAG fusion gene，ChIP (chromosome immunoprecipitation) and EMSA methods; 3) ascertaining the genetic pathway of the MS1283 gene in anther development by analyzing functions of its target genes and double mutants between MS1283 and other genes involved in anther formation. The completion of the project will deepen our understanding of the molecular mechanism underlying anther pattern formation.

被子植物的雄性繁殖器官花药发育模式的形成是一个重要的生物学过程。本项目的前期研究中，分离到T-DNA标记的拟南芥突变体ms1283，花药发育异常，缺少部分药室，失去花药原有的左右对称模式。研究表明MS1283基因编码一个预测的转录因子。本项目中，我们将研究MS1283基因调控花药发育模式的机理。具体研究内容包括：1）原位杂交、RT-PCR分析和启动子/GUS分析研究基因的时空表达模式，以及基因的亚细胞定位等；2）利用基因芯片技术，MS1283-FLAG融合基因成功互补ms1283突变体的转基因植株，ChIP技术结合EMSA技术分析MS1283结合启动子的位点，寻找MS1283基因直接调控的下游基因；3）通过分析其直接调控的下游基因的功能，并结合与其他花药早期发育关键基因的双突变分析，鉴定该基因在花药早期发育过程中的遗传通路。本项目的完成将加深我们对花药发育模式分子机理的了解。

被子植物的雄性生殖器官花药发育模式的形成是一个重要的生物学过程。花药由四个药室组成，药室的形成对花粉的正常发育是重要的保障。但是，目前人们对花药模式的形态建成过程了解比较少。通过本项目的研究，我们发现ms1283突变体花药发育模式有缺陷，出现只含一个、两个、三个或者四个药室花药等类型；细胞学分析表明早期花药发育中造胞细胞和造壁细胞出现异常，导致药室壁发育异常，影响药室的正常形成；MS1283基因主要在孢原细胞、造胞细胞和造壁细胞在表达；而且调控花药发育的关键基因SPL/NZZ和SERK1，调控绒毡层发育的关键基因DYT1，以及参与小孢子减数分裂的基因SDS的表达在ms1283突变体中被下调。总之，MS1283的表达模式说明该基因在花药体细胞以及随后的小孢子母细胞中发挥着重要的作用。在项目执行期间，发表了标注受本项目资助的SCI论文1篇，正在审稿的SCI论文2篇，还有1篇SCI论文在补充数据准备投稿中。本项目的完成加深了我们对花药模式形态建成分子机理的理解。