Polycomb PRC2组分基因调控植物次生生长过程中形成层发生及其维持的机制研究

本项研究将以本氏烟草和拟南芥为材料，应用形态解剖学、细胞学、生物化学、分子遗传学、基因组学和生物信息学等多学科的研究方法相结合，研究Polycomb Repression Complex 2组分基因在植物次生生长发生时薄壁细胞脱分化、形成层发生以及形成层细胞分裂后子细胞维持分生组织细胞状态等过程中的作用，探讨Polycomb-group蛋白调控形成层发生及其维持的机制，为阐明植物次生生长发育的调控机理、全面认识Polycomb-group蛋白对植物生长发育的调控机制提供实验依据。同时，本项目也将为利用生物技术提高木材产量、改善木材品质提供理论依据。

Polycomb Group（PcG）蛋白是一类在植物和哺乳动物中高度保守的能够通过控制靶基因转录状态调控发育过程的抑制性调控因子。本研究以本氏烟草为材料，利用病毒介导的基因沉没（VIGS）技术特异性地下调了植物polycomb repressive complex 2组分基因NBFIE和NbMSI1的转录本水平，系统研究它们在植物维管组织发育及次生生长过程中的作用。利用烟草全基因组芯片分析，鉴别了目的基因沉默组和负对照组植株之间的差异表达基因。研究证明了PRC2组分基因参与植物的维管组织发生、发育和活动等过程，拓展了现有对PRC2复合体功能的认识。NbFIE基因导致植物次生生长削弱。进一步研究显示其过调节植物激素细胞分裂素的代谢，进而影响到维管形成层的细胞分裂与分化，同时参与生长素运输和反应的基因也都明显下调。NbMSI1基因的下调导致叶极性建立的缺陷和初生维管组织排列模式的紊乱，后者显示了形成层细胞特性的丢失，即形成层细胞极性分裂的缺陷。并且，我们的研究显示出VIGS技术在研究植物形成层活动和木材形成中的可行性和重要性。利用本氏烟草对参与表观遗传修饰基因进行VIGS基因沉默，能够获得持久不可逆的表型，这为进一步研究其它各种形式的表观遗传修饰在植物维管组织发育中的作用提供了很好的技术平台。