生长素调控气孔发育中细胞分化和分裂信号途径的研究

Stomata, which are vital shoot epidermal cell complexes of all land plants for gas exchange between plants and atmosphere, develop from protodermal cells after a series of cell asymmetric and symmetric divisions, and cell differentiation. Stomatal development is believed regulated by a ligand-receptor signaling module. Recent findings revealed that brassinosteroid regulates stomatal initiation through phosphorylation of a transcriptional factor. Our recent results suggest that auxin is also involved in multiple developmental stages within stomatal development. Alternation of auxin distribution induces the formation of stomatal clusters and a delay in the conversion from asymmetric to symmetric divisions. Our and others data demonstrate that CDK-CYCLIN complexes are required for the fine regulation of stomatal initiation, precusor cell differentiation and divisions within stomatal development. To further understand the molecular mechanism of stomatal initiation and development in epidermis, we are going to use the multiple approaches of genetics, biochemistry and cell biology to explore the existing multiple signaling transduction pathways of auxin and brassinosteroid, and the CDK-CYCLIN mediated regulatory network of phytohormones during the stomata innitiaition and development.

气孔是所有陆地植株地上部表皮中高度分化的细胞结构，在调节植物与外界气体交换中发挥着重要的作用。气孔是由原表皮细胞经过多次不对称分裂和一次对称分裂，历经三次细胞分化而形成，涉及多次细胞分化和细胞分裂。除了已经发现的配基-受体信号转导途径调控气孔发育外，近些年发现植物激素如油菜素内酯可通过磷酸化转录因子蛋白实现对气孔发生的调控。我们最新结果表明生长素参与了气孔多个发育阶段，改变生长素在表皮中分布可导致气孔簇的形成以及前体细胞分化和分裂滞后。我们和其他研究者的结果也表明CDK-CYCLIN参与决定气孔发生和细胞分化、分裂的精细调控。在本项目中我们拟采用遗传学、细胞生物学和生物化学等多种手段，通过对多个生长素和油菜素内酯信号转导途径在气孔发育中作用模式的解析，探讨激素通过CDK-CYCLIN细胞周期蛋白参与气孔细胞分化和分裂的复杂网络途径，进一步揭示植物气孔发生和发育中细胞分化和分裂调控机制。

气孔是所有陆地植物地上部表皮中高度分化的细胞结构，在调节植物与外界气体交换中发挥着重要的作用。气孔是由原表皮细胞经过多次不对称分裂和对称分裂，历经多细胞分化而形成，涉及多次细胞分化和细胞分裂，是研究植物细胞分化和分裂的理想系统。CDKA;1是模式植物拟南芥中唯一的A类细胞周期蛋白激酶。我们通过花粉特异基因表达互补的技术获得了cdka;1突变纯合体。通过对叶片表皮中气孔发生和发育表型的分析发现，CDKA;1基因突变可导致表皮中气孔密度和指数明显减少，表明CDKA;1可能参与表皮细胞进入气孔世系的不对称分裂发生。研究结果验证了CDKA;1能够对决定气孔发生的关键bHLH转录因子SPEECHLESS蛋白186位丝氨酸进行磷酸化修饰，促进表皮细胞经过不对称分裂进入气孔世系。同时我们也发现CDKA蛋白与CDKB1有冗余关系参与气孔发育后期保卫细胞母细胞对称分裂的调控。KRP能够与细胞周期蛋白及细胞周期蛋白依赖性激酶形成的复合体结合并抑制其复合体活性，并且可能介导了植物激素对气孔发育的调控。本项目中对拟南芥基因组中的7 个KRP基因表达和在气孔中的可能功能展开系统研究。GUS染色的结果表明，除KRP1只在子叶叶尖中表达之外，其它6个成员在子叶中的表达表现出冗余现象。krp2和krp7单突变体都没有表现出异常的气孔表型。然而35S::KRP2转化拟南芥野生型的基因过表达植株子叶中气孔指数和气孔密度明显降低，表皮细胞分裂受到明显抑制，细胞体积增大。FLP和MYB88参与气孔发育后期保卫细胞母细胞分裂过程的重要MYB转录因子，但是FLP、MYB88与激素信号间的调控机制并不清楚。我们的研究发现FLP和MYB88通过直接转录调控PIN3和PIN7在主根和侧根感重细胞中的表达最终调控主根和侧根重力响应过程，研究结果为进一步揭示气孔关键调控转录因子与植物激素信号参与气孔发育中细胞分裂和分化调控提供了新线索和依据。