生长素和油菜素内酯的互作机制及其调控光形态建成的机理研究

生长素和油菜素内酯作为两种重要植物激素，在植物生长发育中起重要调控作用，包括种子发育、营养生长、成熟和衰老等。此外，研究表明植物激素间通过复杂的相互作用，形成复杂的信号网络共同调节植物的生长发育。为了进一步了解生长素和油菜素内酯互作调控植物生长发育及对环境适应性的分子机制，我们拟在前期研究工作的基础上，以植物拟南芥为材料，重点就油菜素内酯，及生长素和油菜素内酯互作调控拟南芥光形态建成的机制开展深入研究,希望获得泛素化途径及脂质信号介导油菜素内酯调控光形态建成的可能机制,以及在证明AUX/IAA19参与介导油菜素内酯作用机制的基础上，分析其下游特异调控基因，研究相关调控机制。逐步阐明激素调控植物器官形成和对环境适应性的分子机制，为深入认识植物生长发育基本规律提供线索。

根据研究计划，对IAA19在介导油菜素内酯和生长素调控植物光形态建成中的作用机制及脂质相关基因介导油菜素内酯调控光形态建成的可能机制进行了研究，取得了进展，发表文章两篇。形态建成是植物生长发育的重要过程，也是植物适应外界环境变化的重要方式。植物在光下和暗下的形态具有显著差异。模式植物拟南芥的幼苗在暗下表现为下胚轴笔直伸长，子叶闭合，无叶绿素积累，这一形态特征的建立和维持受到内源激素信号及外部光信号等的精细调控。植物激素油菜素甾醇(BR)的缺失或过量均导致生长在暗下的拟南芥幼苗形态异常，表明精确的BR 浓度对暗下形态特征的建立和维持至关重要。细致分析发现，暗下低浓度的BR促进细胞的均匀伸长，浓度较高时则引起细胞的不对称伸长，使下胚轴呈现出弯曲和伸长的相对抑制，向性弯曲增强。BR信号转导途径关键转录因子BZR1介导了BR对细胞不对称伸长的促进作用。通过对生长素报告基因DR5::GUS转基因植株的分析发现，BR促进的不对称伸长不完全是通过调节生长素的不对称分布而实现的。进一步的分析发现，生长素信号转导途径中介导不对称伸长的基因IAA19的显性突变体iaa19/msg2特异地在暗下对BR 不敏感，而IAA19相互作用蛋白ARF7的缺失突变体arf7也表现出类似的表型，并且arf7或msg2都能够削弱BZR1 功能获得突变体bzr1-D不对称伸长的表型，提示IAA19和ARF7可能参与了BR对细胞不对称伸长的调节。在bzr1-D突变体中IAA19和ARF7的表达水平都发生改变，通过体外凝胶阻滞实验和体内染色质免疫共沉淀实验证实，BZR1能够直接结合到IAA19和ARF7的启动子区域，同时调节了这一对互作因子的表达。通过全基因组表达谱分析，发现与野生型相比，msg2中大量基因丧失了对BR的响应；与另一个生长素不敏感突变体axr2的比较鉴定出47个特异在msg2中不再响应BR 的基因，这些基因可能是IAA19途径介导BR促进细胞不对称伸长的下游作用分子。我们的研究表明，BR通过直接调控一对生长素信号组分IAA19和ARF7的表达来调节植物的不对称生长，进而影响植物的形态建成，揭示了一种BR和生长素相互作用调控植物生长发育的模式，也为植物形态建成的机制研究提供了线索。