BAK1调控油菜素内酯信号转导及器官发育的分子机制

Brassinosteroids (BRs) are a group of naturally occurring plant hormones regulating many critical processes during normal plant growth and development. Brassinolide (BL) is the final product of the BR biosynthetic pathway and the most biologically active BR. BR research will help for generating improved crops with higher yield and better stress adaptations via genetic engineering approaches. My laboratory has been mainly focusing on understanding receptor-like kinases mediated plant signal transduction pathways, especially the BRI1/BAK1-regulated BR signaling cascade. We have identified several key regulatory genes mediating BR signaling, metabolism, and biosynthesis, including BRS1, BAK1, BRL1, BEN1, and TCP1. Using null mutants of BAK1 and its redundant genes, we generated a serk1 bak1 bkk1 triple mutant. Our detailed analyses indicated that the BR signaling has been completely terminated in the triple mutant. The triple mutant has provided us new opportunities to re-investigate some unsettled questions in the events of BR perception, signaling transduction, and signaling output. Our preliminary results suggest that SAUR-AC1 is likely a key BR downstream component controlling plant growth and development. These studies should help us to better understand the BRI1/BAK1 mediated signaling pathway.

油菜素内酯是一类广泛存在于植物界的内生植物激素，调控植物生长发育的很多重要过程。研究BR的生物学功能对利用分子生物学手段提高农作物产量、增强它们的逆境适应能力等具有重要的指导意义。申请人长期从事受体激酶介导的植物信号转导的研究，尤其是BRI1/BAK1介导的油菜素内酯信号转导途径，发现了多个关键基因参与调控BR信号转导、代谢、及生物合成，如BRS1、BAK1、BRL1、BEN1、TCP1等。申请人团队利用BAK1及其同源基因完全缺失突变体构建了serk1 bak1 bkk1三重突变体，并作了深入细致的研究，发现BR信号在三重突变体中被完全终止，证明了其作为共受体在BR信号途径中起不可或缺的作用。本申请书以serk1 bak1 bkk1研究中得到的一些新的结果作为出发点，旨在阐明BR信号的早期识别、信号的中间传递、及信号最终通过SAUR-AC1来调控植物器官发育的具体分子遗传机理。

油菜素内酯（BR）是一类广泛存在于植物界的内生植物激素，调控植物生长发育的诸多重要过程。研究BR的功能和调控机理对利用分子生物学手段提高农作物产量、增强它们的逆境适应能力等具有重要的指导意义。近年来，对BR的信号转导过程、生物合成及代谢调控的分子机理研究尽管有大量进展，但还有若干关键问题亟需研究探索，比如BR信号转导早期过程中受体与共受体之间的相互作用和具体调控机制还不十分清楚，BR合成途径中还有若干关键步骤的催化酶、正调控BR限速步骤酶的转录因子还知之甚少。BAK1作为共受体，在BR信号转导中发挥必不可少的功能。本项目通过定点突变的方法获得了BAK1的关键位点的点突变体，并进行了功能比较研究，初步确定BAK1(Y100)在BR信号转导途径中发挥重要功能，但对BAK1参与的细胞凋亡途径贡献不大；而BAK1(F60)在BR信号转导途径中和细胞凋亡信号途径中均发挥重要功能。同时，以多个BR合成和信号途径的突变体为背景材料，通过激活标签法和T-DNA插入失活分离鉴定到若干遗传突变体，影响BR信号转导和生物合成。进一步的工作发现TWD1定位在细胞质膜上，与受体BRI1相互作用，参与调控BRI1与BAK1感知传递BR信号的过程；证明SAUR-AC1定位在细胞质膜上，可能调节BR信号早期转导，并通过BR信号调控植物根、茎、叶等器官的发育；另外，通过激活标签法鉴定到一个Dof类转录因子BEN2，证明它结合到PIFs的启动子区域调节其表达，最终通过调节细胞的BR水平来调节植物的生长发育；本研究还发现TCP家族的另一成员TCP17，直接结合到生长素合成基因YUCCA5的启动子调节其表达，从而调节拟南芥在光下的下胚轴伸长。