受体蛋白激酶调控植物花药早期细胞增殖和分化的分子机制

花药是植物的雄性生殖器官，其早期细胞增殖与分化对其形态建成及功能具有重要作用。由于缺乏有效的分子标记，迄今植物花药早期细胞增殖与分化的细胞、亚细胞和分子特征还不清楚。本课题组前期研究表明，受体蛋白激酶BAM1/2与EMS1在花药早期细胞分裂与分化过程中具有重要功能，但对其作用机制和调控网络认识不深。本项目拟采用组织学、细胞生物学、分子遗传学、组学、生物化学等方法，以明确花药早期细胞亚细胞特征及相应的分子标记为着手点，结合对花药早期细胞分裂分化异常的受体蛋白激酶突变体等材料的研究，提出花药细胞增殖以及体细胞分化的分子机制；明确BAM1/2与转录因子SPL之间如何形成反馈调节，协调花药早期体细胞与生殖细胞之间分裂分化的平衡；阐明受体蛋白激酶EMS1、SERK1/2与配基TPD1调控花药绒毡层细胞分化和功能的分子机制及作用网络，为深入认识和利用雄性育性提供理论依据。

花药是植物的雄性生殖器官，其正常发育对植物的育性和繁衍至关重要。同时雄性不育的材料也是分子育种的重要材料。但长期以来，由于缺乏有效的分子标记，迄今植物花药早期细胞增殖与分化的细胞、亚细胞和分子特征还不清楚，花药发育过程中的重要受体激酶如BAM1/2、EMS1等虽然已知其在花药发育过程中的重要功能，但其胞外配基及下游信号转导通路也有待深入探索。 本项目在受支持的5年期间，通过综合运用组织学、细胞生物学、分子遗传学、转录组及蛋白质组学、生物化学等方法，以拟南芥营养生长和生殖生长过程中的不同组织为材料，找到了在花不同发育时期特异表达的蛋白90个，为开发花及花药特异的分子标记奠定了基础；通过7个代表物种1082个受体激酶的进化分析，明确了BAMs和EMS1在起源和进化过程中的基因重复时间以及功能分化，为在不同物种中系统分析受体激酶功能的保守和分化提供了理论依据；明确了多肽激素CLEs家族7个成员在花药发育，尤其是花粉外壁发育过程中的功能以及调控的下游信号传导网络；揭示了激酶FKF1与转录因子TOE1和CO共同调控植物开花时间的分子机制；挖掘了受体激酶EMS1下游相互作用蛋白及调控网络；明确了受体激酶EMS1下游转录因子DYT1和bHLH010/089/091相互作用并共同调控花药绒毡层功能及花粉发育过程中的反馈调控网络。目前，标注本项目资助的成果已公开发表SCI研究论文8篇，共计影响因子48.706；已经投稿，根据审稿意见在修改的1篇；完成撰写正准备投稿的2篇；正在撰写的2篇。这些重要发现一方面为系统揭示植物生殖发育尤其是花药发育过程的调控网络发挥了重要推动作用，另一方面为农业中应用遗传转化调控作物育性提供了重要的理论支持。