磷脂酶FRPLC参与调控拟南芥生殖发育的机理的研究

Mechanisms underlying the reproductive development of plants are poorly understood. Genes that are involved in, which might mediate hormone signals (i.e, auxin), are elusive. Through characterizing a lost-of-function mutant frplc, we found out that FRPLC gene plays a key role in the reproduvtive development of Arabidopsis. Losing of FRPLC gene function, the fertility of Arabidopsis is defect. Homozygous frplc mutant could be sterile, such infertile phenotype was not occurred in the hydrozygous line. Further analyses showed that FRPLC plays a key role in the development of male- and female-organs. As one of the versatile phospholipases, the phospholipase C (PLC) mediates various signaling in cells. To-date, one has little known about the role of PLC in regulating the reproductive development of plants. Herein, we focus on analyzing the mechanism of FRPLC in Arabidopsis reproductive development, and attempting to elucidate the intimate complexity between FRPLC and auxin signaling.

植物有性生殖发育的调控机制一直以来备受关注。人们对于参与植物生殖发育的相关基因的了解、特别是基因的作用与相关激素(如生长素)信号调节的关系知之甚少。我们通过对拟南芥磷脂酶FRPLC基因的缺失突变体frplc的分析，发现丧失FRPLC的功能会影响到拟南芥的育性；纯合的frplc突变体丧失了结实的能力而杂合的frplc突变体却能够产生种子。通过对生殖器官发育的表型分析，发现 FRPLC基因表达与否不仅对花粉的发育产生影响，而且对胚囊的形成也起着至关重要的调节作用。磷脂酶C（PLC）作为磷脂代谢中的主要酶类之一，在信号传导途径中通过调节胞内钙离子的水平起着举足轻重的作用。迄今，鲜见有关磷脂酶C参与调控植物生殖发育的报道。本申请项目拟通过分析磷脂酶FRPLC与拟南芥生殖发育的关系，重点研究FRPLC在生殖发育过程中的功能，进而探讨FRPLC参与激素（生长素）调控植物生殖发育的机理。

植物有性生殖发育的调控机制一直以来备受关注。人们对于参与植物生殖发育的相关基因的了解、特别是基因的作用与相关激素(如生长素)信号调节的关系知之甚少。我们通过研究认识到了磷脂酶C (PLC)在植物生殖发育中不可或缺的重要性。根据该PLC缺失突变体呈现出的不育表型，我们将之相应的基因称为FRPLC (Fertility Related Phospholipase C)。纯合 frplc/frplc 突变体的花器官发育、雄、雌配子体的发育明显异常，如:花药开裂不均匀，绒毡层降解不完全，花粉外壁增厚等。在雌配子体发育过程中，尽管大孢子母细胞经减数分裂能够形成大孢子，但是大孢子的有丝分裂却迷失极性，造成胚囊发育受阻。究其原因，我们检测到 frplc/frplc 植株及其花序中的生长素水平较野生型中的明显升高。强烈的DR5:GUS信号也呈现在 frplc/frplc 花药中。在Stage12甚至到Stage14的花药中，仍然呈现明显的DR5:GUS信号，说明此时花药中的生长素含量依然很高。强烈的DR5:GFP信号也出现在frplc/frplc胚珠中，集中分布于胚珠的珠孔端。生长素合成基因, 如YUCCA1，YUCCA2，YUCCA4，YUCCA6 和 YUCCA8 的表达水平在 frplc/frplc 花序中显著增加，说明 frplc/frplc 植株中升高的生长素水平与升高的 YUCs 基因的表达密切相关。我们的研究结果证明，在植物中FRPLC参与了生长素的生物合成和信号传递，影响了植物的生殖发育。磷脂酶C作为磷脂代谢中的主要酶类之一，在信号传导途径中起着举足轻重的作用。迄今，鲜见有关磷脂酶C参与调控植物生殖发育的报道。本研究通过分析磷脂酶FRPLC与拟南芥生殖发育的关系，揭示了FRPLC在生殖发育过程中的功能，探讨了FRPLC参与生长素调控植物生殖发育的机理。植物的生殖发育正常与否直接关系着结实率的高低，关系到作物产量问题，即关系到国计民生和社会发展的迫切需求。本研究内容直接触及到了如何提高我们对植物结实性认识的问题。为我们深入探讨调控植物生殖发育的机制、提高作物产量的问题拓宽了思路，为杂交育种奠定了理论基础。