SIP1-SHR-SCR蛋白复合体调控根分生组织发育分子机制的研究

Development of plant root directly impacts the absorption ability of nutrition from the soil. Understanding of the molecular regulatory mechanisms of root development will provide us an important theoretical basis for improving nutrient using efficiency of crops. At present, series of key factors including SCARECREW, SHORT ROOT (SHR), WOX5 and so on were reported to involved in root development in the model plant Arabidopsis thaliana. However the regulatory mechanisms are still largely unknown. Several interacting proteins (SHR-Interacting Proteins, SIPs) were isolated by yeast-two-hybrid screening. One of them, named SIP1, is a transcriptional factor of which biological function on root development is unknown. The root meristem of sip1 mutant shows severely affected, indicating that SIP1 is a key regulator of controlling root meristem development. In this project, we will study the biological function of SIP1-SHR-SCR protein complex by molecular biological, cell biological and biochemistry methods. This research will uncover the regulatory mechanism of root meristem development and would allow plant breeders to define the gene targets for the development of nutrient using efficient crops in future.

根直接影响植物从土壤里吸收营养，深入研究调控植物根部发育的分子网络，将为发展作物营养高效新农业提供重要理论基础。植物的根是由根分生组织细胞不断分裂和分化的结果，这个过程受到植物体的高度精细调节控制。目前在模式植物拟南芥中已经分离出一系列参与调控根发育的关键因子包括SCARECREW，SHORT ROOT（SHR），WOX5等，但其精细的调控机制有待进一步研究。申请人前期利用拟南芥关键因子SHR通过酵母双杂交筛库，获得了若干SHR结合蛋白 (SHR-Interacting Proteins, SIPs)。通过对其中一个互作蛋白SIP1的初步研究发现，该突变体的根分生组织发育受到严重影响，表明SIP1是控制根分生组织发育的关键基因。本项目将运用分子生物学、细胞生物学及生化等手段深入研究SIP1的生物学功能，揭示SIP1-SHR-SCR蛋白复合体在根分生组织发育过程中的调控作用。

植物通过根直接从土壤里吸收营养，深入研究调控植物根部发育的分子网络，将为发展作物营养高效新农业提供重要理论基础。植物的根是由根分生组织细胞不断分裂和分化的结果，这个过程受到植物体的高度精细调节控制。目前在模式植物拟南芥中已经分离出一系列参与调控根发育的关键因子包括SCARECREW，SHORT ROOT（SHR），WOX5等，但其精细的调控机制有待进一步研究。本项目前期利用拟南芥关键因子SHR通过酵母双杂交筛库，获得了若干SHR结合蛋白 (SHR-Interacting Proteins, SIPs)。通过对其中一个互作蛋白SIP1的研究发现，该基因突变体的根分生组织发育受到严重影响，表明SIP1是控制根分生组织发育的关键基因。运用分子生物学、细胞生物学及生化等手段，进一步得到蛋白水平及遗传互作证据，揭示了SIP1与调控根细胞分化关键节点复合体SHR-SCR结合，形成SIP1-SHR-SCR新蛋白复合体。通过检测根细胞分化下游调控基因表达量，以及sip1突变体与根细胞层Marker lines杂交植物基因表达分析，表明SIP1-SHR-SCR参与调控下游基因表达，但不影响表达位置。进一步生化实验及转基因植物分析表明，SIP1-SHR-SCR通过直接结合下游基因启动子调控基因表达，从而在根分生组织发育过程中起关键作用。本项目为将来通过对农作物进行根系修饰提高作物营养利用效率提供重要理论依据，具有重要的理论和应用前景。目前项目已发表SCI文章3篇，培养硕士研究生3名。