染色质重塑复合体SWR1调控拟南芥柱头和花柱发育的信号网络

Stigma and style are the major components of gynoecium in plants, and play an important role in pollen acceptance, germination and pollen tube growth during plant sexual reproduction. Stigma and style development are highly complicated and orderly processes and strictly controlled by genes expression networks. In Arabidopsis, the transcription factor CRC, reported early, is a key one of genes which regulate stigma and style development, but little is known to date about the factors and mechanism that regulate CRC expression. ARP6 encodes a subunit of the chromatin remodeling complex SWR1 and KLU is a cytochrome P450 monooxygenase. Our preliminary data showed that arp6 crc and klu crc exhibited severer defects in stigma and style development than crc. The expression analysis suggested that ARP6 probably together with KLU regulated CRC expression and affected stigma and style development. In this project, we aim to characterize ARP6 function during stigma and style development, and investigate the molecular mechanisms underlying the coordinated regulation of CRC transcription by the chromatin remodeling complex SWR1 and KLU-dependent signaling pathway, which will provide new components for the construction of regulation network of stigma and style development. This study will facilitate further understandings of ARP6 gene function and provide useful clues for improving the knowledge on the mechanisms of stigma and style development in plants.

柱头和花柱是植物雌蕊的重要组成部分，在植物有性生殖过程中负责雄蕊花粉的接受、萌发及花粉管生长等重要事件，为完成受精过程提供必要的前提。其发育是一个复杂而有序的过程，受到基因表达网络的严格调控。较早研究发现的CRC基因，就是调控拟南芥柱头和花柱发育的关键基因之一，但是该基因的表达受到哪些因子的调控及其作用的分子机理还远不清楚。本项目组在前期研究中发现，染色质重塑复合物SWR1的成员ARP6和细胞色素P450单加氧酶KLU与CRC基因的双突变体均显著加强了CRC单突变体柱头和花柱发育缺陷的表型。表达分析表明，ARP6和KLU可能共同调控CRC的表达。本项目拟深入研究ARP6在柱头和花柱发育中的功能，解析ARP6协同KLU调节CRC转录的分子机理，建立柱头和花柱发育的CRC分子调控网络。该研究将拓展对ARP6又一重要生物学功能的认识，为进一步完善对植物柱头和花柱发育机制的了解提供重要的理论依据。

柱头和花柱是植物雌蕊的重要组成部分，在双受精的过程中具有重要作用，但其发育的分子调控机制还不清楚。前人的研究发现，CRC、SPT等基因在拟南芥的柱头和花柱发育过程中发挥重要的调控作用，突变后会导致心皮顶端不融合，花柱开裂和柱头减少等异常。本项目旨在研究拟南芥染色质重塑复合体SWR1（ARP6/SEF）和KLU在柱头和花柱发育过程中的生物学功能，以及与CRC、ETT及SPT基因的遗传互作关系和调控机制。qRT-PCR分析表明，CRC、ETT及SPT基因在arp6和sef中的表达水平显著降低。遗传分析结果显示，ARP6/SEF与CRC、ETT和SPT基因的双突变体均显著增强了CRC、ETT和SPT基因单突变体中柱头和花柱发育缺陷的表型，相应的三突变体中的缺陷表型更加剧烈。KLU的相关遗传分析也发现了类似的结果。蛋白免疫沉淀ChIP-PCR分析发现，ARP6可以直接与CRC、ETT和SPT基因的启动子序列的结合，影响H2A.Z的沉积和核小体构象。生长素标记基因DR5::GUS和PIN1::GFP的表达分析发现，在arp6crc、arp6ett和crcett中，DR5::GUS的表达在心皮顶部没有形成环状分布结构，PIN1::GFP的表达明显减弱且紊乱。这些结果表明染色质重塑复合体SWR1（ARP6/SEF）和KLU与CRC、ETT及SPT基因遗传互作，通过影响生长素在发育心皮中的极性运输和分布调控柱头和花柱的发育。该研究建立了ARP6/SEF-CRC、KLU-CRC、及ARP6/SEF-ETT的分子信号网络，为深入解析植物通过表观遗传调控柱头和花柱发育的分子机理提供线索和参考依据。本项目的计划研究内容和拟定研究目标全部完成，已发表高水平SCI研究论文三篇，包括New Phytologist 1 篇，PNAS 1 篇，Plant physiology 1 篇。