可逆糖基化多肽RGP1和RGP2调控拟南芥顶端分生组织活性的机理研究

摘要

高等植物的器官形成主要来源于顶端分生组织的细胞。顶端分生组织有一群能够实现自我更新的未分化特殊细胞，这些特殊细胞也是植物器官发生的来源，被称为植物干细胞（stem cell）。植物的茎、叶和花等地上部分器官都是由茎端分生组织（shoot apical meristem，SAM）所产生。在茎端分生组织中，中心区的组织中心细胞和其上方的干细胞构成的干细胞微环境是维持分生组织的基础。WUSCHEL（WUS）编码组织中心的关键调控因子。尽管目前对WUS的功能有了一定的认识，但是对于WUS如何调节干细胞活性的机制尚需进一步深入研究。在前期的研究中，我们利用免疫共沉淀（Co-immunoprecipitation，Co-IP）筛选到多个WUS的潜在互作蛋白，其中包括可逆糖基化多肽Reversibly Glycosylated Polypeptides1（RGP1）与RGP2。本研究通过生化与遗传实验，证明RGP1和RGP2能够与WUS蛋白发生直接的相互作用，从而调控茎端分生组织干细胞的活性。并且，RGP1和RGP2还参与根端分生组织干细胞活性的调节。虽然RGP1与RGP2已被证明在植物细胞的细胞壁多糖分支结构的生物合成中起作用，但对于其在分生组织干细胞活性调节中的作用并无报道。研究可逆糖基化多肽对顶端分生组织关键因子表达的调控，对理解顶端分生组织的遗传调控机制具有重要的意义。本研究对RGP1与RGP2在顶端分生组织活性调节的功能进行了研究。主要研究结果如下：
　　（1）通过体内的Co-IP实验和体外的pull-down实验证实了RGP1和RGP2与WUS存在直接的相互作用。因此，可逆糖基化多肽RGP1与RGP2是WUS的直接互作蛋白；
　　（2）通过对RGP1与RGP2基因的表达模式分析，发现RGP1与RGP2在茎端分生组织、花序分生组织中均有表达，且表达区域较广泛：RGP1基因在组织中心和幼叶中有较强的表达信号，其中组织中心的表达与WUS重叠；而RGP2基因在整个茎端分生组织都表达，也包含WUS的表达区域；
　　（3）通过对RGP1与RGP2功能同时缺失的植株hpRGP1/2进行表型分析，发现其茎端分生组织和花序分生组织都明显比野生型变小。通过分析hpRGP1/2植株中分生组织特征基因的表达模式发现，SHOOT MERISTEMLESS（STM）和CLAVATA3（CLV3）的表达信号相比野生型明显变弱，而WUS的表达模式基本没有变化。而且RGP1与RGP2功能缺失虽未影响WUS基因的表达，却影响WUS下游靶基因如CLV3、TOPLESS（TPL）和TONOPLAST INTRINSIC PROTEIN2（TIP2）等转录水平的表达，说明RGP1与RGP2通过与WUS互作调控WUS下游基因的表达，从而调控茎端分生组织的大小；
　　（4）RGP1与RGP2基因在根中有较广泛的表达信号，尤其在根尖表达信号更强。观察hpRGP1/2植株的表型发现，该植株的根与野生型相比明显变短，且静止中心细胞分裂异常。另外，RGP1与RGP2在胚囊和胚胎中均有表达，而hpRGP1/2植株的胚胎发生过程也存在明显的细胞分裂异常的表型，说明RGP1与RGP2参与调节胚胎发生和胚后茎端和根端的发育过程。

目录

声明

符 号 说 明

1 前言

1.1植物顶端分生组织

1.2茎端分生组织

1.3根端分生组织

1.4可逆糖基化多肽RGP1与RGP2的研究进展

1.5本研究的目的与意义

2 材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

3 结果与分析

3.1 RGP1和RGP2蛋白与WUS蛋白存在直接相互作用

3.2 RGP1和RGP2在茎端分生组织的表达模式

3.3 RGP1和RGP2调控茎端分生组织的发育

3.4 RGP1和RGP2调控茎端分生组织相关基因的表达

3.5 RGP1和RGP2调控根端分生组织的发育

3.6 RGP1和RGP2影响合子胚的发生和种子的发育过程

4 讨论

4.1 RGP1和RGP2通过与WUS相互作用来调控茎端分生组织结构和功能

4.2 RGP1和RGP2蛋白可能通过影响WUS糖基化修饰来调节茎端分生组织的发育

4.3 RGP1和RGP2蛋白参与调控植物的多个发育过程。

5 结论

参考文献

致谢