β-酮酰-ACP合酶I及脂肪酸调控植物根毛发生的分子机制研究

Root hairs are the long tubular projections in plants, which adapted to acquire water and nutrients from the environment. The formation of hair cells in the root epidermis has been employed as a simple model for studies of cell specification and differentiation. A series of regulators have been uncovered to control root hair patterning position during root hair initiation by signal transduction. However, little is known about the downstream signaling targets of regulators complex. Our previous studies revealed that β-ketoacyl-[acyl carray protein] synthase I (KASI) had been involved in the regulation of root epidermal cell fates. Gene expression analysis indicates that KASI may function in the downstream of GLABRA2(GL2). Based on the previous basis, we will focus on the regulatory mechanism of KASI and fatty acids in root hair initiation through studies on the upstream of KASI and the role of fatty acids in downstream (auxin and ethylene), which will provide the informative cues to knowledge the model of root epidermal cell fates in plants.

根毛是植物吸收养分、水分的重要器官，也是研究细胞命运决定的一个很好的模型。已有的研究表明根毛发生具有位置效应，并揭示了一系列位置效应的调控因子复合体，但对相关下游信号的传递机制了解还不足。我们前期的研究结果发现脂肪酸合成关键酶β-酮酰-ACP合酶I(KASI)调控了根毛的发生过程，通过基因表达分析表明KASI基因可能处于复合体因子GLABRA2(GL2)的下游发挥功能。本申请拟在前期研究基础上，深入研究KASI调控根毛发生的分子机制，通过细致分析KASI的上游调控因子，以及产物脂肪酸对下游生长素或乙烯的调控，揭示KASI和脂肪酸在根毛发生中的作用及其机理。这些结果将为深入认识根毛发生和细胞命运决定的分子机制提供重要线索。

根毛是植物吸收养分、水分的重要器官，也是研究细胞命运决定的一个很好的模型。已有的研究表明根毛发生具有位置效应，并揭示了一系列位置效应的调控因子复合体。脂肪酸合成关键酶β-酮酰-ACP合酶I(KASI)基因缺失后导致根毛数目增多，为了研究KASI调控根毛细胞命运决定的分子机制，我们对KASI与根毛起始调控复合体的关系、以及脂肪酸调控根毛发生的机制进行了研究。.在明确kasI突变体根毛增多的基础上，对KASI调控根毛发生的机制进行了研究。GL2基因是根毛细胞命运决定的负调控因子，GL2基因表达的表皮细胞将发育成非根毛细胞，相反，没有GL2表达的将发育成根毛细胞。将GL2基因的启动子连接报告基因（pGL2:GUS）后转化到kasI突变体和野生型拟南芥中，通过切片观察发现GL2基因在kasI中的表达模式发生了改变，有些非根毛细胞具备根毛细胞的命运。这些结果明确了KASI调控了GL2基因的表达。.KASI作为一个代谢酶，其可能通过代谢产物脂肪酸调控了GL2基因的表达。因此，我们检测了脂肪酸处理对根毛的影响。当体外添加脂肪酸（FA8:1）时，WT和kasI、gl2突变体中的根毛都被抑制了；同时，脂肪酸处理后通过切片观察pGL2:GUS in kasI 或pGL2:GUS in Col材料，发现GL2基因在kasI或col中的表达模式都发生了变化，无论是在根毛细胞还是非根毛细胞中都有表达。该研究结果表明了脂肪酸在拟南芥根毛细胞命运决定中起到非常重要的作用。.为了进一步探索脂肪酸调控根毛细胞命运决定的机制，我们分析了kasI突变体中生长素的分布情况，DR5-GUS材料染色显示生长素合成增多、分布发生改变；生长素合成基因和信号基因在kasI突变体中的表达均有变化，该研究结果提示脂肪酸对生长素信号的调控，可能参与到根毛细胞命运决定中。.本项目通过对KASI及脂肪酸调控拟南芥根毛发生的分子机制进行的研究，初步表明了KASI及脂肪酸通过调控GL2基因的表达，在拟南芥根毛细胞命运决定中发挥重要作用，相关结果对深入认识脂肪酸调控细胞命运决定的作用和机制奠定了重要基础，相关研究结果已整理并撰写了论文，将于近期投出。