细胞分裂素整合拓扑异构酶调控植物干细胞的分子机理

Cytokinin，especially A type Arabidopsis Response Regulators (A-type ARRs), play important roles in plant stem cell maintenance and differentiation. Our previous data showed that ARR7 and ARR15 integrate signals from both cytokinin and auxin to regulate plant stem cell niche. While down-regulation of ARR7/15, we observed a drastic reduction of CLV3 expression and stem cell over proliferation, indicated that ARR7 and ARR15 are the key connection of phytohormones to regulate stem cells. However, ARR7 and ARR15 are not transcription factors, need co-factors to regulate downstream genes. We performed yeast two-hybrid screening, and found several co-factors like Topoisomerase 1. To further explore mechanistically how ARR7 and ARR15 regulate stem cells, we will investigate those co-factors downstream targets in the shoot apical meristem by using integrated biology approaches, such as ChIP-seq and genome-wide expression profiling, together with advanced genetics. These results will not only highlight the regulatory interactions in stem cell, but will also reveal the molecular mechanisms of cytokinin functions in general.

细胞分裂素在植物干细胞的维持和分化中起到了重要的作用，特别是其下游的A-type ARRs 基因。我们前期的研究表明ARR7和ARR15能够整合细胞分裂素和生长素信号参与干细胞微环境的调控。 ARR7和ARR15基因功能的丧失导致干细胞重要调控基因CLV3表达的下调，使植物干细胞过量增加，表明ARR7和ARR15是介导植物激素微环境调控干细胞的关键节点。但是ARR7和ARR15并不是转录因子，需要结合其它蛋白因子对下游基因进行调控。我们通过酵母双杂交已经得到了几个能与ARRs相互作用的蛋白，例如拓扑异构酶等。为进一步研究ARR7和ARR15参与调控干细胞数目的分子机制，我们将针对其结合蛋白，利用染色质免疫沉淀、高通量测序、全基因组表达谱分析、分子遗传学等方法研究其调控干细胞数目的分子机制。这项研究的结果，不仅着眼于探讨细胞分裂素对干细胞的调控机制，同时也能揭示这种重要激素作用的分子机理。

在植物茎顶端分生组织干细胞的维持和分化的过程中，细胞分裂素和生长素是两种重要的调控激素。 其下游的A-type ARRs （ARR7和ARR15）能够整合细胞分裂素和生长素信号参与干细胞微环境的调控。通过酵母双杂交我们发现ARR7和ARR15在体内能够拓扑异构酶TOP1α相互作用直接调控了WUS-CLV3负反馈循环。一方面，TOP1α通过直接结合CLV3基因的启动子序列，促进了CLV3基因的表达，进而抑制了WUS基因的表达。另一方面，TOP1αTOP1α还可能通过一个未知的、独立于CLV3信号的途径调控植物干细胞的维持，这将为我们的下一步研究奠定一个良好的基础。同时我们的研究还证明了，TOP1α与ARR7和ARR15的相互作用，是ARR7和ARR15负反馈细胞分裂素合成所必需的，这就从分子水平上解释了A type ARRs负反馈细胞分裂素的调控机理。