水稻不定根发生的调控机制

Adventitious root is one of the most important components of crop root. ARL1 (Adventitious rootless1) is a key regulator of adventitious root development. Based on previous study, we have screened 12 candidate direct target genes of ARL1 by microarray using ARL1-GR fusion transgenic plant. Two of them were functionally characterized. They can partially recover the adventitious root development in the arl1 mutant, which totally can rescue adventitious root numbers to about 1/3 of the wild type plant. It implies that there exists other gene (s) involved in adventitious root development. This project will try to understand the function of other candidate genes by further study, and to study the interaction among the genes and the regulation of ARL1 on them. On the other hand, based on previous study, we have screened several arl1 suppressor mutants and new adventitious rootless mutant. This project will use those mutants to clone the related genes by map based cloning and to elucidate their relationship with known genes in order to understand the molecular regulation of adventitious root development. It would provide theoretical basis on regulating crop root structure to improve the potential of water and nutrients uptake.

不定根是作物根系的重要组成部分。ARL1是不定根发生的关键调控因子。通过前期的研究，我们筛选得到12个ARL1下游候选基因，其中的两个基因已经进行了详细的功能研究，这两个基因分别能部分回复arl1突变体的不定根生长。总的可以回复约为野生型1/3的不定根数。说明还有其他的基因在ARL1的下游参与调控不定根的发生，本研究将通过进一步研究明确前面得到的其他候选基因的功能，并研究他们相互之间以及它们与ARLR1、2间的相互关系以及ARL1对他们的调控。另外，通过上一期的研究，我们已经筛选得到一系列arl1回复突变体及新的不定根缺失突变体。本项目将结合已经筛选得到的arl1回复突变体及新的不定根缺失突变体，通过图位克隆方法克隆相关基因，并阐明它们与已知基因间的相互关系，以期阐明不定根发生的分子调控网络。为进一步调控作物根系结构以提高养分、水分吸收的潜力提供理论基础。

不定根是作物根系的重要组成部分。本研究通过图位克隆方法克隆了新的不定根发生调控基因ARL3 (ADVENTITIOUS ROOTLESS3)，并对ARL3的功能进行了详细的解析。ARL3编码一个XPO1结构域的蛋白，我们通过功能回复验证转基因将野生型的ARL3转入突变体中能恢复突变体arl3不定根少的表型，RNAi转基因材料中不定根数减少，增强表达该基因的转基因材料并没有显著表型。证明确实是该XPO1蛋白的突变造成arl3的少不定根表型。ARL3在不同组织都有表达，但在根和根茎结合部表达最高。ARL3是一个核质共定位的蛋白，在arl3突变体中各种miRNA的含量都显著下调，但miRNA前体的量和野生型相当，说明ARL3可能影响miRNA的稳定，并最终影响不定根的发生。另外，我们还克隆了一个根生长角度调控基因LRA1，并详细分析了该基因的功能。本研究为阐明水稻不定根发生的分子机制及不定根生长角度的分子调控提供了重要的知识和材料基础。