TIR-NB-LRR蛋白调控乙烯合成和细胞扩展的分子机理

Ethylene is one of the important phytohormones regulating plant growth and development and response to stresses, and the study on control of biosynthesis mechanism of ethylene is significant to agricultural production. ecs1 is a typical mutant similar to ethylene-overproducer (eto) with increased endogenous ethylene level, and the pavement cells in mature leaves expand larger than that of wild-type Columbia Arabidopsis, which probably involves in endoreplication based on our recent study. ECS1 encodes a TIR-NB-LRR protein belonging to resistant protein family of plant, and there is no report about the role of TIR-NB-LRR protein in ethylene biosynthesis and cell expansion. Through double-mutant construction and screening, EMS re-mutagenesis of ecs1 and activation tagging transformation to find related genes, ethylene production analysis, ACS activity detection and stability analysis, transcriptome sequencing, cDNA library screening, protein-protein interaction methods including yeast-two-hybrid, BiFC and Co-IP, conserved domain deletion and site-directed amino acid mutagenesis, promoter binding experiment like yeast-one-hybrid, flow cytometer, FISH and so on, combining with expression pattern and subcellular location analysis, expression level detection of genes related to ethylene biosynthesis and response, it is expected to resolve how TIR-NB-LRR protein participates in ethylene biosynthesis and cell expansion. .This project will explore the ethylene biosynthesis and cell expansion focused on the unique TIR-NB-LRR protein, and is expected to elucidate the molecular mechanism of this protein, find new components or pathways to regulate ethylene biosynthesis, publish 2-3 high-level articles on international journals,and train 1-2 young teachers, and 5 PhD and 5 Ms students.

乙烯是调控植物生长发育和逆境响应的重要植物激素，研究其合成调控具有重要意义。我们前期研究发现一个编码TIR-NB-LRR蛋白的拟南芥新型突变体ecs1，其乙烯含量增加，表皮细胞变大，核内复制增强。项目拟通过双突变体构建与鉴定，二次诱变和激活标签法寻找相互作用基因，乙烯含量测定，ACS酶活性和稳定性检测，转录组分析，cDNA文库筛选，蛋白互作分析如酵母双杂交、BiFC和Co-IP，结构域敲除和点突变，启动子结合实验，流式细胞仪与FISH等技术，结合ECS1基因表达模式和亚细胞定位分析、乙烯合成和响应基因表达检测，详细研究TIR-NB-LRR蛋白调控乙烯合成和细胞扩展的分子机理。.本项目从新颖的角度研究TIR-NB-LRR蛋白调控乙烯的生物合成与细胞扩展，预期阐明该蛋白作用的分子机理，发现调控乙烯合成的新组分或途径，在国际期刊发表高水平学术论文2-3篇，培养年轻教师1-2名、博硕士生各5名。

植物叶片表皮细胞能够感知外界环境刺激，通过增加表皮层的厚度从而减少水分和热量散失，以及作为植物表面屏障保护植物抵御外界的病原菌和昆虫的侵害和一些机械损伤，因此其研究对促进农作物生产具有重要意义。植物叶片表皮细胞也是研究细胞形态建成的理想模型，而细胞形态建成研究对于理解植物的细胞生长发育及分化具有非常重要的意义。我们筛选到一个叶片表皮扁平细胞显著“肿胀”变大的突变体ecs1。尽管ecs1表现出类似组成型乙烯反应突变体的表型，但遗传分析显示其独立于乙烯信号通路发挥功能。ecs1扁平细胞膨大的表型与细胞核内复制密切相关；图位克隆发现突变基因编码微管蛋白TUB4，其可能通过影响微管组装和排布调控细胞形态建成。对ecs1进行EMS二次诱变，筛选到多个不同程度加剧ecs1扁平细胞缺陷表型的株系，其中，685#突变体显著加剧ecs1的表型，突变基因pld是一个功能未知的新基因；进一步研究显示，PLD与微管定位紧密相关，体外能够结合微管；该蛋白N端结构域对于其微管相关的定位是必需的。因此，PLD可能是一个新的微管结合蛋白，对该新基因的进一步深入研究有望揭示扁平细胞形态建成调控的新机制。此外，其他ecs1表型加剧突变体的研究正在进行，有望鉴定到更多新的扁平细胞形态建成调控因子，相关突变体筛选还在继续开展。本项目执行期间，共培养博士生10名，硕士生13名，其中一名博士留校任教，一名博士目前为在站博士后。在国际刊物上发表SCI论文12篇（标注本项目基金号）。