ZFP5家族基因调控拟南芥根毛细胞形成和发育的分子作用机制

The occurrence, differentiation and elongation of root hair cells are controlled by multiple transcription factors, plant hormones and environmental signals. In recent years, progress had been made in the uncovering the molecular mechanism of root cell development, however, the detailed molecular mechanism, in particular how transcription factors control root hair development throught plant hormone and nutrient stress, has hardly been reported. We have recently cloned two ZFP5 homologous genes, ZFP5-LIKE1 and ZFP5-LIKE2. Our prelimenary results had shown that they are mainly expressed in root and the mutants of these two genes showed significant reductions on the number and length of root hairs. Furthermore, our prelimenary restuls also had shown that ZFP5-LIKE1 might control root hair elongation through low P stress. Zinc finger protoin contorls root hair elongation through nutrient stress signal has not yet reported before. This project will use molecular techniques, such as the applications of exogenous hormone and nutrients stress,genetic analysis of mutants in related to the key genes contorling the root hair initiation,differentiationn and elongation and gene microarray to explore the molecular mechanisms of the ZFP5 family gene controling root hair development in Arabidposis.

植物根毛细胞的发生、分化和伸长受转录因子，植物激素和环境信号的调控。近年来对植物根毛发育的分子遗传机理研究虽取得了很大进展，但其详尽的分子机制，特别是转录因子通过植物激素和营养胁迫控制根毛形成的报道甚少。最近，我们从拟南芥中克隆ZFP5的2个同源基因，ZFP5-LIKE1和ZFP5-LIKE2。前期研究结果显示，它们在根中特异表达，它们的突变体表现为根毛数量和长度显著减少。同ZFP5基因主要参与根毛细胞命运决定不同，这2个基因可能主要参与根毛细胞命运决定后的分化和伸长。此外，我们前期研究结果还显示ZFP5-LIKE1 基因受低磷胁迫调控根毛细胞的伸长。锌指蛋白基因通过营养胁迫调控根毛的生长，还未有报道。本申请项目将应用外源激素和营养胁迫实验，突变体与调控根毛发生、根毛分化和伸长关键基因的遗传学分析，基因芯片等技术，初步探索ZFP5家族基因调控根毛细胞形成的分子作用机制。

根毛是植物吸收水分、营养物质以及固定植株的主要器官，根毛的存在增加了根的吸收面积，根毛分泌物质不仅能帮助植物吸收养分，而且可减少土壤病菌对植物的危害，大量的根毛是植物生存的有力保障，是提高作物产量的基础。因此，研究植物根毛细胞的分化和发育机制，具有重要的学术意义和经济应用价值。本项目申请将以我们最近在拟南芥中克隆的ZFP5的两个同源基因，ZFP5-LIKE1和ZFP5-LIKE2为对象，通过外源激素和营养胁迫实验，以及基因芯片技术，初步探索ZFP5家族基因调控根毛细胞形成的分子作用机制。.本项目的完成情况：我们成功克隆了ZFP5的两个同源基因，ZFP5-LIKE1（ZFP6）和ZFP5-LIKE2（GIS3），通过对其突变体和RNAi干扰株系的表型和遗传性分析，我们的研究结果表明ZFP5-LIKE1和ZFP5-LIKE2是调控根毛形成和发育的正向调控因子。另外应用外源激素和营养胁迫实验，揭示了ZFP5及其家族基因主要通过外源激素及低磷、低钾的信号调控拟南芥根毛的形成的分子作用机理，这也是拟南芥锌指蛋白通过营养胁迫调控根毛细胞形成的首例发现，此研究结果的论文正在撰写中。此外，我们还发现ZFP5-LIKE1和ZFP5-LIKE2基因通过整合赤霉素和细胞分裂素调控表皮毛的形成。其中ZFP5-LIKE2基因作用于ZFP5、GIS、GIS2、ZFP8基因的上游，通过直接调节GIS和GIS2基因的表达量来调控表皮毛的形成，相关结果2014年11月被《New Phytologist》正式接收，论文正在出版打印之中。此项目关于植物根毛和表皮毛形成的分子作用机理研究，有利于巩固我们在植物表皮毛及根毛细胞形成研究领域的优势地位，而且ZFP5-LIKE1和ZFP5-LIKE2控制根毛细胞形成的关键基因的克隆和功能验证，可以为改良作物根系的分布系统、提高根系吸收养分和水分的效率、提高作物产量和分子育种，提供重要的基因资源，为培育高效吸收养分和水分的作物新品种，打下坚实的科学基础。本项目全面完成了课题的所有目标和任务，初步揭示ZFP5、ZFP5-LIKE1和ZFP5-LIKE2主要通过外源激素细胞分裂素及低磷、低钾的信号调控拟南芥根毛形成的分子作用机制。在国际刊物发表SCI论文4篇， 受理专利2项，超额完成本1年期项目1-2篇论文的考核指标；培养博士后1名，博士生2名和硕士生1名。.