拟南芥WDS1参与叶片衰老调控的功能分析

Leaves are important to photosynthesis in plants and Leaf senescence is the final stage of leaf growth and development.Leaf senescence can reduce yield in crop by limiting photosynthesis,so studying leaf senescence not only contributes to our knowledge about this fundamental developmental process but also may improve ways of manipulating senescence for agricultural applications. WDS1 is a WD-40 repeat protein. In our previous studies,three genes homologous to WDS (Will Die Slowly) which is involved in PCD(Programmed Cell Death) in Drosophila are found in Arabidopsis.Analysis of the expression of these genes indicated that the transcripts of the three WDS homologs were accumulate during leaf senescence, and phenotype analysis of the knock out mutants in the three WDS homologs showed that WDS1 functions in leaf senescence and flowering. In the present project, the studies cover the followling aspects: (1)to charaterize the function of WDS1 in leaf senescence and flowering through analysis of such as expression pattern of WDS1 and construction of WDS1 overexpressing transgenic plants; (2) to screen genes binding by WDS1 or regulated by WDS1 through methods of Microarray and ChIP-sequence.

叶片是植物进行光合作用的重要器官， 叶片衰老是叶片生长发育的最终阶段。 然而叶片衰老引起光合作用减退, 限制了作物产量潜力的发挥。因此研究植物叶片衰老,不仅可以更加透彻地理解这一生理发育过程，而且在应用上防止早衰可以有效保证作物的产量。WDS1是WD40-repeat蛋白，在前期研究中我们发现拟南芥的三个基因与果蝇中参与细胞程序性死亡的WDS(Will Die Slowly)具有高度同源性，对它们的基因表达进行分析表明,三个基因在叶片衰老的过程中表达量都显著增加，并且对于三个基因的缺失突变体表型分析表明WDS1在叶片衰老和开花中起到重要作用。因此本课题将从以下两个方面展开研究：一是通过研究WDS1基因表达分析以及构建WDS1过量表达突变体等方法明确WDS1对叶片衰老和开花的作用，二是通过基因芯片和ChIP-sequnece等方法筛选WDS1调控表达和与其结合的基因。

本项目中，我们对WDS1在叶片衰老中的功能进行了研究，这将可能为利用分子育种培育植物抗衰老的新品种提供新的候选基因。我们通过RT-PCR和GUS染色技术对WDS1的表达特性进行了分析，结果表明拟南芥WDS1是一个广泛表达的基因；而且随着叶片成熟和衰老的进程，WDS1的表达上调。同时JA和6-BA可以抑制WDS1的表达。 对WDS1与GFP融合表达转基因株系分析表明WDS1主要定位于细胞核。WDS1的缺失突变体促进叶片衰老，呈现出典型的早衰特性比如叶绿素含量下降，PSII 光化学最大效率下降，以及叶片衰老相关的标志基因提前表达等。反之，WDS1过量表达有微弱的延迟衰老的表型。WDS1还可以调控黑暗诱导的叶片衰老。通过自噬相关基因的表达情况表明WDS1调控的叶片衰老可能与自噬相关。分析wds1突变体与JA信号途径或自噬相关途径突变体杂交的双突变体可以进一步确认WDS1在调控叶片衰老中的作用。