TCP24调控花药开裂的分子机制研究

Anther dehiscence is an important event in plant developmet. Obtaining male sterial plants caused by indehiscent anther will be preferred in hybrid generation, which can save lots of work and time. In previsous work, we found that overexpression of the miR319a-resistant version of TCP24 in Arabidopsis disrupted the thickening of secondary cell walls in the anther endothecium, leading to male sterility because of arrested anther dehiscence and pollen release. In order to learn how TCP24 regulates this progress, we will identify TCP24-interacting proteins. The direct downstream targets of TCP24 will be predicted by comparing the gene expression level and using bioinformatics method. Some candidate genes will be selected and confirmed, and the regulation network will be investigated by genetic method. The important gene sites of TCP24 will also be identified. Our research will gain insight into the mechanism of anther development and provide clues for cultivating male sterile crops.

花药开裂是植物发育的一个重要环节。花药不开裂引起的雄性不育株系可被用于杂交制种，减少大量人力和时间的消耗，尤其适用于人工去雄较难的植物。我们前期的研究工作发现拟南芥miR319靶基因TCP24过量表达会导致药室内壁次生细胞壁加厚受阻, 从而影响花药开裂，降低植物育性，而功能抑制的转基因植株药室内壁次生细胞壁异常增厚。为进一步了解TCP24调控这一过程的具体分子机制，我们将筛选和TCP24有相互作用的蛋白；结合生物信息学和基因表达方法预测TCP24的直接下游靶基因并进一步验证，通过遗传杂交和转基因手段研究TCP24和这些基因的遗传关系；鉴定TCP24蛋白中重要的功能结构域和关键位点，最终解析TCP24调控药室内壁次生细胞壁加厚的机制，为揭示花药发育机制及培育雄性不育作物提供科学依据。

花药开裂是植物花药发育后期的一个重要特征。花药开裂异常会影响授粉授精并导致作物减产，花药不开裂产生的不育株系可被用于杂交制种，减少大量人力和时间的消耗。我们前期的研究工作发现拟南芥TCP24过量表达会导致花药药室内壁次生细胞壁加厚受阻，从而影响花药开裂，降低植物育性，但TCP24调控花药开裂的具体分子机制还不清楚。本项目开展了转录组测序，发现1405个基因在TCP24过表达植株中的表达水平较野生型发生改变，基因本体（GO）分析表明“植物细胞壁修饰”、“乙烯激活信号传导途径”、“木质素生物合成”等生物学过程显著富集，KEGG表明“淀粉和蔗糖代谢”、“苯丙素生物合成”、“植物激素信号转导”等代谢途径变化显著，与花药药室内壁次生细胞壁加厚的基因NST1、NST2、AHP4和GAUT12表达水平变化显著。根据已报道的TCP家族成员与下游基因启动子的结合序列，利用生物信息学在全基因组水平分析了TCP24与基因启动子的结合位点，并且发现具有2个以上TCP24结合位点的基因中，有6.9%成员的mRNA表达水平在TCP24过表达植株中也发生了变化。利用蛋白互作网站预测了可能与TCP24存在相互作用的蛋白。进一步克隆十字花科大白菜的TCP24同源基因并比较分析了不同物种TCP24的蛋白序列和重要结构域特征。该结果为进一步揭示花药发育机制及花药开裂提供了科学依据。