植物生长素合成及代谢缺陷突变体的系统筛选和研究

生长素是发现最早的植物激素，参与调控植物所有重要的生长发育和生理反应过程。植物体内的生长素水平主要取决于生物合成和代谢两方面的动态平衡，并通过运输在不同部位间分配。植物体内存在多条生长素合成途径，它们和进一步的代谢过程（形成结合物和氧化分解等）一起形成非常复杂的网络。虽然目前已经分离到一些相关突变体，但仍有相当多合成或代谢步骤的基因未知；不同途径的分子调控以及相互关系也很不清楚。本项目拟在我们成功分离出ckrc1-1突变体（CKRC1编码色氨酸转氨酶）的基础上，从突变体库中重新对这一类有趣而重要的突变进行大规模饱和筛选（目前已筛到12个经复筛验证的ckrc突变体），以便从中得到更多新的内源生长素水平下降的突变体，通过对相关基因的克隆和分子分析，结合必要的化学互补及生化研究，对生长素合成和代谢途径中目前仍然未知的基因及其功能和调控进行研究。

生长素（auxin）对植物的生长发育有重要的调控作用。植物的内源生长素主要为吲哚乙酸（IAA），其含量取决于合成和代谢（氧化分解和各种结合态）之间的动态平衡。IAA合成途径分为色氨酸（Trp）依赖和非依赖两大类；依赖途径又有4个分支：色胺（TAM）、吲哚丙酮酸（IPA）、吲哚乙醛肟（IAOx）和吲哚乙酰胺（IAM）途径；目前对相关功能基因及其调控的认识仍然很有限。由于不同途径功能冗余和对植物生长发育的重要性，生长素缺陷突变体的直接筛选一直十分困难；而目前发现的极少数生长素合成缺陷突变体如taa1(wei8/sav3/tir2/ckrc1)、wei2和wei7等都是间接（即起初并不是研究生长素合成）得到的。探索新的有效筛选方法将有助于分离更多的生长素缺陷突变体以便更多了解其合成/代谢及其调控的分子机制。. 利用外源细胞分裂素（CK）可诱导已知生长素合成缺陷突变体根发生卷曲生长（ckrc）的表型，本项目对拟南芥突变体库进行了生长素缺陷突变体的大规模重新筛选。从大约含有198,300个lines的T-DNA插入突变体库中筛选了约1,969,420株苗，得149个表型稳定的根卷曲（rc）突变体，分为不依赖于CK（crc）及CK诱导的（ckrc/w）突变体两大类。其中绝大部分为重新分离到的已知生长素合成、运输和信号突变体，但没有已知的非生长素突变体；生化互补实验表明和生长素运输及信号突变体不同，生长素缺陷突变体仅在CK诱导下表现明显的卷曲，且突变表型能被外源生长素互补。在这些突变体中，6个是在以前的正向遗传筛选中未曾报导过的，其中4个突变体的基因以前没有发现具有维持植物内源生长素水平的功能，分别编码N-乙酰基转移酶（CKRC3）、组蛋白H2B单泛素化酶（CKRW2）、Calossin-like蛋白（CKRC5）和具有泛素连接酶活性的指环蛋白（CKRW1）， 1个为yuc8突变体的等位，编码YUCCA家族单加氧酶的一个成员。这些结果说明ckrc是筛选生长素缺陷突变体的有效方法；所获得的5个新突变体的基因揭示出生长素合成、代谢及其调控的分子机理的多样性。