油菜素内酯调控植物生殖分生组织活性以及种子数量

Seed quantity is quite important to plant breeding and crop yield. The current study focuses on seed developmental regulation, and the reports of seed number determination are still a few. Our preliminary results show that BR deficient and insensitive plants have less seeds and shorter sillique than control, as well as the plants with enhanced BR signal have more seeds and longer sillique in Arabidopsis. Detailed results indicate BR influences Arabidopsis ovule and seed number through BZR1 targeting and regulating ovule initiation ovule and seed development related genes. Further study suggests BR possibly involves in placenta differentiation and ovule initiation. In this project, we use molecular biology, genetics and genomics methods systematicly to describe how BR regulates Arabidopsis reproductive meristem activity and thus affects ovlue and seed quantity. Our results try to identify critical genes control seed quantity and discover the BR-mediated crosstalk network of seed number regulation. The significant results may give clues to answer the question that how hormones regulate organ initiation and meristem differentiation, also rise up new methods to increase crop (like legume) yield.

种子的数量对植物繁育和作物产量很重要，目前的研究多数集中在种子发育调控方面，种子数量决定的机制报道还比较少。植物激素油菜素内酯（BR）在植物生长发育中起重要作用。我们的前期研究发现拟南芥BR缺失或不敏感植株的种子数量减少，BR信号增强植株的种子数量明显增加。初步机理分析显示BR通过BZR1调控下游基因表达影响拟南芥胚珠发生，进而影响种子数量，进一步分析表明BR可能在中央分生组织分化和胚珠原基形成时就参与调控。本研究以拟南芥为材料，通过系统的分子生物学、遗传学和基因组学研究，深入探讨BR调控植物生殖器官的分生组织活性进而影响胚珠发生和种子数量的机理，分离关键基因并研究其作用机制，最终阐明BR调控种子数量的分子信号网络。其结果将为激素如何调控器官发生和分生组织分化的基础科学问题提供新线索，也有助于提高豆类作物的产量。

种子的数量对植物繁育和作物产量很重要。本项目前期研究发现重要植物激素油菜素甾醇（BR）通过激活转录因子BZR1调控下游胚珠早期发育基因表达影响拟南芥胚珠发生，进而影响种子数量。本项目通过两次对BR信号增加的突变体bzr1-1D不同组织范围的转录组分析，比对其他胚珠和种子数量改变的突变体的转录组数据，筛选到受BR信号调控并影响生殖分生组织和生殖器官发育的下游基因，并进一步通过分子生物学、遗传学和生物化学等方法分析了部分目的基因的功能以及目的基因调控胚珠发生和种子数量的机制。本项目还通过研究BR信号和转录因子BZR1的自身调控，探讨提高BR信号的方法，为增加种子数量提供了新线索；并同源克隆了大豆中的类似拟南芥BZR1的基因GmBZL2并通过转化拟南芥研究其功能和调控机制，研究结果证明大豆中的拟南芥BZR1同源基因的自身调控机制及其对植物生长发育的和种子数量的影响与拟南芥BZR1是保守的；进而推测大豆的BR信号转导以及BR对大豆生长发育的调控与拟南芥也相似。另外，本项目还探索了BR对单子叶植物水稻种子数量（穗粒数）的影响，结果表明BR可能通过下游转录因子影响水稻的株型、穗型和粒型并正调控穗粒数。本项目研究结果为BR调控生殖分生组织发育和生殖器官发生的基础科学问题提供了新线索，也有助于大豆、油菜等于拟南芥相似的作物产量的提高。