蒺藜苜蓿叶片运动的分子机理研究

Legume and Oxalis plants have a special leaf motor organ, calling pulvinus, to control the leaf movement. Previous plant physiological studies had showed this kind of leaf movement is affected by the light signal, water channel and potassium channel. However, the molecular mechanism was unclear for the determination of leaf motor organ identity. Recently, our work shows that one of the Lateral Organ Domain （LOB） family transcription factors determines the organ identity of legume plants. In this study, we will combine the transcriptomics and proteomics approaches to identify the differential expressed genes between the elongated petiolule 1 （elp1） mutant and wild type of M. truncatula. Using reverse genetics approach, the inserted mutant lines of those genes will be isolated and analyzed. The phenotypic analysis will help us to narrow down the interesting target genes in the future. The detail functional analysis of this gene will be very helpful to understand its role in the leaf movement. It will open the door for us to disclose the molecular mechanism and the signal transduction of the plant leaf movement.

豆科和酢浆草科的植物都有一个特殊的叶片运动器官（叶枕）来控制着叶片的运动。以往的植物生理研究表明：这种叶片的运动受到光信号、水孔蛋白以及钾离子通道的调控；但是对于叶片运动器官叶枕发育的分子机制一直还不清楚。我们前期的研究工作表明，一类Lateral Organ Domain （LOB） 转录因子中的一个家族成员决定着豆科植物的叶片运动器官的属性。本研究拟使用豆科模式植物蒺藜苜蓿的elongated petiolule 1 （elp1）突变体为材料，通过转录组学和蛋白质组学的比较分析，试图找出野生型和elp1突变体中的差异表达基因，然后通过反向遗传学的方法筛选出这些基因的插入突变体；进一步分析这些插入突变体的表型，最终确定感兴趣的候选基因。然后通过详细的基因功能研究，弄清楚该基因在植物叶片运动中所起的作用。为最终阐述叶片运动的分子机理以及它的信号转导途径提供一个关键的切入点。

豆科植物的叶片运动依赖于它特殊的运动器官叶枕。早期植物生理学研究发现：叶枕介导的叶片运动与光信号、生物钟、离子通道蛋白、水孔蛋白等因素相关，但其分子机制仍然未知。先前我们发现蒺藜苜蓿ELP1基因突变导致叶枕器官的缺失，进而导致叶片运动缺失。本研究通过比较elp1突变体和野生型中转录组和蛋白组的差异基因，选取8个显著的差异基因和蛋白，在R108突变体库中筛选Tnt1插入突变体，最终筛选到一个有表型的lnc1 (leaves do not close) 叶片运动缺失突变体。等位分析和遗传互补实验进一步验证了LNC1蛋白调控植物的叶片运动；石蜡切片和扫描电镜发现：lnc1突变体的叶枕结构与R108野生型相近；定量PCR的结果和pLNC1::GUS转基因报告株系的结果显示：LNC1在运动器官的叶枕中显著高量表达，暗示其在叶枕中行使重要功能；LNC1的蛋白定位结果显示LNC1蛋白定位于细胞膜，这与拟南芥中的糖转运同源蛋白相似，暗示叶片运动与叶枕细胞膜上的糖转运高度相关。本研究首次从遗传上证明了糖转运蛋白在叶枕细胞中行使功能，调控蒺藜苜蓿叶片运动，为叶片运动研究提供了全新的视角。