BAM介导的CLE-RLK-WOX信号通路对杨树维管形成层活性的调控机制研究

CLE-RLK-WOX signaling pathway has been shown to take a decisive role on the normal division and differentiation of stem cells in plant apical meristems and therefore has become a research hotspot in the area of plant growth in recent years. However, CLE-RLK-WOX signal transduction in vascular meristem has been poorly studied, especially in woody plants. In the preliminary work of this project, 3 poplar BAM genes were separated, and expression profiling analysis and promoter:GUS fusion experiments showed that they have differential vascular tissue-specific expression patterns. When transformed into Arabidopsis and poplar, PtBAM gene overexpression seriously affected the morphogenesis and development of vascular tissue. Taking poplar as the main study object, this project will study the evolutionary phylogenetic relationships of BAM genes in plants by bioinformatics analysis; analyze the temporal and spatial expression of BAM genes in model systems; and verify gene functions through mutant complementation, genetic modification, and the cell-type-specific gene expression transgenic tools. We aim to clarify the regulatory roles and working mechanisms of PtBAM genes in the vascular cambium CLE-RLK-WOX network. This work is of great significance by revealing the molecular mechanism controlling the maintenance and development of vascular cambium, and is also an important complement to the relevant research field of tree growth.

CLE-RLK-WOX信号通路在植物顶端分生组织中已被证实对干细胞的正常分裂与分化具有决定作用，是近年来植物生长发育领域的研究热点,但CLE-RLK-WOX信号通路在维管分生组织中的研究较为落后，尤其在木本植物中的研究很少。本项目在前期工作中分离到3个杨树BAM基因，表达谱分析和启动子融合GUS标记实验显示它们具有不同的维管组织表达特征。PtBAM基因在拟南芥和杨树中的过量表达时会严重影响维管组织的形态建成和后期发育。本项目以杨树为主要研究对象，通过生物信息学手段分析BAM基因在植物中的系统进化关系；掌握其在模式植物中的基因共表达规律和时空表达特性；利用突变体互补、基因改造和特异启动子控制下的转基因等手段进行功能验证，力求阐明BAM基因在维管形成层CLE-RLK-WOX调控网络中的功能和作用机制,对揭示维管形成层发育的分子调控机制具有重要意义，是对树木生长发育领域相关研究的重要补充。

CLE-RLK信号通路在植物顶端分生组织中决定着干细胞的分裂与分化命运，但在侧生分生组织中的研究较少。本项目以木本模式植物杨树为主要研究对象，结合其它模式物种，对CLE-RLK-WOX信号通路中的信号分子及受体激酶开展了一系列的工作，主要研究内容及成果总结如下：.（1）分析了RLK受体激酶基因家族在多种模式植物中的进化规律和功能保守性，包括草本模式植物拟南芥及木本模式植物杨树中RLK基因家族全体成员在基因结构、蛋白结构域组成、RNA-seq表达数据多个方面进行了阐述，并且发表了相关论文。 .（2）对以BAM为代表的多个杨树RLK受体激酶进行了功能验证，分离了杨树十几个在维管组织具有特异性表达的RLK基因及其启动子序列，完成了基因的细胞类型表达分析，并对基因过表达杨树进行了组织切片和表型鉴定，证实PXY基因的过量表达会影响杨树的次生维管发育，并且导致木质素的过量积累，这部分相关工作的论文已经发表。 .（3）利用拟南芥突变体资源，通过杂交回补及原生质体转化等手段，证实杨树BAM基因具有与拟南芥同源基因类似的生物学功能。同时证明了信号肽对于BAM受体激酶的功能具有至关重要的作用，信号肽的缺失会导致受体激酶的胞内运输发生改变，影响它与其他受体激酶之间形成异源二聚体，从而对CLE介导的信号途径产生干扰，影响顶端分生组织活性。通过构建胞外或胞内区缺失的转基因载体，进一步明确了CLE-BAM-WOX信号通路的分子结构基础，并且证实这种方法可以弥补杨树中缺少类似于拟南芥基因敲除突变体的短板，从而帮助我们分析和判断BAM基因对维管组织发育与分化的影响。.本项目的研究结果对揭示植物CLE-RLK信号途径调控维管形成层发育的分子机制具有重要意义，是对树木生长发育领域相关研究的重要补充。