KLU调控下游转录因子WRKY23影响拟南芥胚顶基轴模式建成的研究

Embryo development, a highly complicated and orderly process, is the beginning of the development of individual organisms and is under the fine control of signal networks. In Arabidopsis, more than 500 genes are proposed to be involved in the regulation process of embryogenesis, but only dozens of genes have been identified and cloned to date. The transcription factors WRKY23 was demonstrated to play an important role in the process of embryonic development and regulate embryonic morphogenesis and cotyledon differentiation. Our preliminary data showed that ARP6, a subunit of chromatin remodeling complex SWR1, and KLU, a cytochrome P450 monooxygenase, regulate the plant embryo development and cotyledon differentiation, probably by affecting the expression of the WRKY23 transcription factor. In this project, we aim to investigate the molecular mechanisms underlying the coordinated regulation of WRKY23 transcription by the chromatin remodeling complex SWR1 and KLU-dependent signaling pathway, which will provide new components for the construction of regulation network of embryo development and shed light on the mechanisms of embryo development.

胚胎发育是生物个体发育的起始，是一个复杂而又有序的过程，受到精细的信号网络调控。在拟南芥中估计有超过500个基因参与了胚胎发生的调控过程，但目前仅数十个基因被鉴定和克隆。有报道显示转录因子WRKY23在胚胎发育过程中具有重要作用，调节胚胎形态建成和子叶分化。但WRKY23本身的转录调控机理还不清楚。本项目前期研究显示染色质重塑复合物SWR1成员ARP6和细胞色素P450单加氧酶KLU，可能通过共同调控转录因子WRKY23的表达，而影响植物胚胎发育和子叶分化。本项目拟深入研究染色质重塑复合物SWR1如何协同KLU-依赖的信号途径调节WRKY23转录的分子机理，为胚胎发育信号调控网络的构建提供信息，为胚胎发育机理的揭示提供参考。

被子植物的胚胎发育过程是一个复杂而又有序的过程。植物经过双受精作用后形成一个单细胞的合子。合子是生物个体发育的起点，因此对早期胚胎发育过程的研究非常重要。生物体的染色质重塑复合物由PIE1, ARP6, ARP4, SWC6/ SERRATED LEAVES AND EARLY FLOWERING (SEF), SWC4 和 YAF9A/B等亚基组成，能利用ATP水解产生的能量，在染色体特定位置把组蛋白中的H2A-H2B二聚体替换成H2A.Z-H2B二聚体，从而改变核小体的结构并激活或抑制特定区域内基因的转录。这种调控作用参与了植物生长发育的各个阶段，是对基因转录调控的重要方式之一。此外，细胞色素P450单加氧酶KLU，通过产生可移动的小分子物质，也参与了植物器官大小的分化和雌配子体的发育。由于研究发现SWR1的成员ARP6和KLU突变体均在配子体发育阶段有重要调控作用，我们构建了arp6 klu双突变体。在观察同一时期arp6、klu单、双突变体 arp6和klu单突变体胚胎发育缺陷表型微弱，在klu纯合arp6杂合（klu-/- arp6+/-）的植物角果中，胚胎发育缺陷比例上升为48.2%，而在arp6 klu纯合双突变体中则高达69%。该胚胎发育的表型与已报道的WRKY23转录因子RNAi后胚胎异常发育表型一致，因此我们推测该转录因子是ARP6和KLU下游调控的关键基因。ChIP-PCR实验结果也证明在WRKY23的基因座位上，H2A.Z的沉积发生变化。但是之后的细胞学、遗传学和分子生物学证据表明，ARP6和KLU可能不是通过调控WRKY23的表达来影响拟南芥早期胚胎发育的。以上结果说明，染色质重塑复合物SWR1成员ARP6和KLU在拟南芥胚胎发育及配子发育等生殖生长过程中起到了重要的调控作用。虽然ARP6在染色体结构上的改变对已报道的转录因子WRKY23起到一定的作用，但是之后的细胞学和遗传上的证据均证明KLU与已报道的转录因子WRKY23可能不存在直接的上下游的调控关系。