茉莉酸信号途径调控拟南芥气孔发育的分子机理研究

Stomatal development inArabidopsis is a good platform for researchers to explore the mechanism how hormones regulate cell division , differentiation and growth. JAs signaling have been reported involving in many developmental and stress-resistant processes, but little is known about its function in stomatal development. Our previous research found that Methyl Jasmonate treatment can change the stomatal density and distribution on the epidermis of Arabidopsis cotyledon, and stomatal deveopment defects were found in cotyledons of coi1-1 and myc23 mutants of JA-COI1-JAZ-MYC2 signal module. Mutants in JAs biosynthesis and signaling transduction will be analyzed for their stomatal phenotype combined with mutans and reporter genes in stomatal development. Cell biology, genetical and biochemistry technologies will be used to determine JAs’ function on cell division, cell differentiation as well as stem cell population size and distribution in the stomatal development background.

拟南芥气孔发育过程是研究激素调控细胞分裂、分化和生长机理的极好平台。茉莉酸信号途径参与植物多种发育及抗逆过程，但目前还未见其参与调节气孔发育的报道。我们前期研究发现，外源茉莉酸甲酯影响拟南芥子叶表皮气孔密度和分布，JA-COI1-JAZ-MYC2信号模块中coi1-1及myc234突变体子叶表皮具有异常气孔发育表型。本项目拟进一步以各种JAs生物合成和信号途径相关突变体及气孔发育相关突变体及标记基因为材料，采用细胞生物学（基于荧光标记基因和共聚焦显微镜对气孔发育细胞学事件进行观察和动态追踪）、分子生物学（载体构建、转基因等获得报告基因；H1Y和BIFC等技术分析蛋白-基因、蛋白-蛋白互作）和遗传学（突变体的制备和遗传学上下游关系分析）的研究方法，研究JAs生物合成及信号途径对拟南芥表皮气孔形成（细胞分裂、分化）和分布模式（干细胞数目和分布）的影响，揭示JAs调节气孔发育的分子机理。

气孔是植物表皮负责气体交换的结构，其发育受内外信号的严密调控。茉莉酸类信号物质（JAs）调节植物生长发育和抗逆的诸多方面，但其调节机制值得进一步研究。本项目以各种JAs 生物合成和信号途径相关的突变体及气孔发育相关突变体及标记基因为材料，采用细胞生物学、分子生物学和遗传学的研究方法，研究 JAs 生物合成及信号传递对拟南芥表皮气孔发育的影响及其可能的分子机理。结果发现，外源MeJA处理降低了野生型及多气孔突变体(如tmm-1，sdd-1)的气孔密度和气孔指数；而JAs生物合成及信号的阻断则导致气孔发育的增强。JA抑制的气孔发育过程依赖MYC类转录因子MYC2，MYC3和MYC4的功能，myc234突变体对MeJA抑制的气孔发育不敏感。遗传分析表明MYC蛋白作用于SPCH和FAMA的上游调节气孔发育。总之，JAs和MYC转录因子负向调节拟南芥气孔发育。此外，我们还发现H2S在气孔发育中的调节作用，及与JAs信号途径之间的关系。H2S清除剂HT能够抑制野生型中JA诱导的气孔发育抑制。H2S合成突变体lcd具有较野生型高的气孔密度和气孔指数，外源NaHS（H2S供体）能而JA不能恢复其高密度气孔表型，表明JA对气孔发育的抑制可能依赖于H2S的生物合成。且JA信号突变体myc234的高气孔密度表型能够被外源NaHS处理而恢复。进一步分析表明JA能够促进LCD表达，提高L-CDes酶活，增加内源H2S 含量。此外，H2S抑制气孔发育相关基因TMM，SDD1等的表达，并作用于SPCH上游发挥功能。因此，H2S位于JA信号下游参与调节拟南芥子叶气孔的发育。