生长素反应因子ARF3介导的植物花干细胞维持及分化的网络解析

Floral stem cells are responsible for producing a defined number of floral organs, and then will be terminated programmatically at particular developmental stage ---be referred to as floral meristem determinacy. Therefore, floral stem cells offer an ideal model to study the temporal control of stem cells maintenance, which is very significant for the crop high-yielding and abiotic stress response. In Arabidopsis, WUSCHEL (WUS), a key stem cells maintenance gene, is expressed in the Organize Center to keep the stem cells property of the overlying cells.AGAMOUS and APETALA2 are essential for the termination and maintenance of floral stem cells fate by regulating WUS expression. Our previous study showed that Auxin Response Factor 3 (ARF3) partially mediated AG and AP2 function in floral meristem determinacy through regulating WUS expression. However, the molecular mechanism undergoing is still unclear. Meanwhile, ARF3 mediated the function of auxin in floral meristem maintenance. In this work, we will study the ARF3-mediated function of phytohormone like auxin and cytokinin in floral meirstem maintenance and termination and figure out the ARF3 target genes by which ARF3 regulated floral meristem determinacy by using a combinational approach of cellular and molecular biology, genetics,next generation sequencing and bioinformatics.Our goal is to reveal the molecular network that ARF3 mediated the function of auxin and cytokinin and AG,AP2 in floral stem cell maintenance and determinacy.

植物花干细胞负责产生特定数目的花器官后其干细胞活性被程序性终止。因此花干细胞是研究干细胞时序性调控的理想模型；同时对其调控机理的研究对作物的高产有重要意义。拟南芥中，WUSCHEL是调控干细胞活性的关键基因。AGAMOUS和APELATA2基因在花器官中特异的表达，是调控干细胞活性的必要基因。我们前期实验结果表明生长素反应因子ARF3通过部分介导AGAMOUS及APETALA2基因调控WUSCHEL表达来调控花干细胞的分化，但该过程的分子机制还不很清楚；同时研究显示ARF3介导生长素在花分生组织中的作用。本研究将通过遗传学结合高通量测序等多种分子生化技术研究ARF3介导的生长素及细胞分裂素在花干细胞分化中作用机制；通过ARF3靶基因的鉴定及功能分析揭示ARF3调控花干细胞分化的分子机制，最终完成ARF3介导的植物激素及影响花干细胞活性关键基因共同调控花干细胞命运的分子机制研究及网络解析。

植物的各个器官来源于植物分生组织中的干细胞，于茎尖和根尖干细胞终生有活性 不同的是，花干细胞在产生出特定的花器官后需要精确的分化终止。植物激素特别是生 长素及细胞分裂素对于分生组织的维持及分化有重要作用，但是在花干细胞的活性调控 的机理上未有相关报道。在本项目中，我们利用模式植物拟南芥研究发现，细胞分裂素的内稳态对于花分生组织活性终止非常重要。在这个过程中，生长素通过促进生长素反应因子ARF3的表达来抑制细胞分裂素的活性。分子机制研究表明ARF3直接的抑制细胞分裂素合成关键基因IPTs的表达以及受体AHK4基因的表达，同时间接的抑制合成基因LOGs的表达，从而抑制细胞分裂素的活性。相应的，ARF3通过调节细胞周期基因的表达来调节细胞分裂调控分生组织的大小。此外，花发育过程中，AGAMOUS基因动态的调控ARF3及IPTs基因的表达协调花分生组织的维持及终止。因此我们的工作系统揭示了ARF3介导生长素和细胞分裂素调控花分生组织命运的机制。研究结果陆续发表在Plant Physiology, Plant Cell以及Plant signaling and behavior上。