MONOPTEROS介导的植物干细胞分化的分子机理

Auxin plays important roles in stem cell maintenance and differentiation, while this activity is mediated by the AUXIN RESPONSE FACTOR5 (MONOPTEROS/MP) transcription factor. It has recently been found that MP directly regulates the expression of several cytokinin response genes to maintain stem cell niche. More interesting, MP RNA and proteins also accumulate at the peripheral zone where stem cells go for differentiation，and MP regulates its targets variably in different tissues. These findings suggest that MONOPTEROS not only is the key connection for auxin and cytokinin cross talk in central zone to maintain stem cells, but might act as a hub for communication multiple other developmental pathways to promoter stem cells differentiation in the peripheral zone. To explore this idea mechanistically, we will investigate MP 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 vivo, but will also reveal the function of important integrator genes in plant in vitro organ regeneration.

生长素在植物干细胞的维持和分化中起到非常重要的作用，其功能依赖于生长素响应因子5 (ARF5/MONOPTEROS/MP)的介导。近年的研究发现，MP通过直接调节若干细胞分裂素响应基因的表达来维持干细胞赖以生存的微环境。更有意思的是，MP的RNA和蛋白同时也积累在干细胞分化的周边区，MP在不同的组织中对其靶基因的调控具有多样性。这就意味着MP不仅仅在中央区通过介导生长素与细胞分裂素的相互作用来维持干细胞，同时很可能在周边区作为一个中心的连接控制点，参与了生长素对其它多种发育途径的调控来促进干细胞的分化。为了揭示其背后的分子机制，我们将用整合生物学的方法，结合染色质免疫沉淀、高通量测序、全基因组表达谱分析、遗传学等方法研究MP在茎顶端分生组织中的下游调控基因。这项研究的结果，不仅着眼于探讨体内MP信号途径对干细胞调控的机理，同时也能揭示这些重要的整合基因在体外器官发生中的重要作用。

生长素作为一种经典的植物激素，在促进茎顶端分生组织的分化和侧生器官的起始过程中起到非常重要的作用。然而近几年以来的一些研究表明，生长素不仅仅可以被运输到新器官原基起始的区域，同样也会被运输到顶端分生组织中央的干细胞区域。但是生长素在植物干细胞区域的功能尚不清楚。通过本项目的研究，我们发现生长素在干细胞中的主要生物学功能是由其下游的重要转录因子MONOPTEROS (MP)所介导的。MP可以直接抑制DORNROSCHEN/EHANCE SHOOT GENERATION (DRN/ESR1)基因的转录过程。而在干细胞中特异表达的DRN则可以直接调控干细胞属性基因CLV3的表达，进而影响干细胞的维持。我们的研究结果不仅首次在分子水平上证明了生长素调控植物干细胞维持的重要功能，而且也揭示了生长素在不同组织中如何调控细胞维持和分化的分子机制。