Regulation of stem cell patterning and activity in Citrus

柑橘干细胞模式和活性的调节

基本信息

  • 批准号:
    2306142
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Non-technical paragraph:Plants grow by the action of stem cell populations, which give rise to branches, leaves and flowers in a highly regulated pattern around the axis. This pattern is called phyllotaxy. While most plant species show spiral phyllotaxy, citrus species present an unusual variation on phyllotaxy; instead of single branch primordia arising in a spiral pattern, many citrus species instead produce two adjacent primordia with differing developmental potentials. One primordium develops into a typical branch, while the other primordium differentiates as a thorn. Previous work has shown that the branch and the thorn primordia regulate stem cell activity in different ways. The goals of this project are to understand how this unusual phyllotactic pattern is formed in citrus, and to examine the related issue of how differences in stem cell activity are regulated in branch versus thorn primordia. The arrangement of leaves, branches, and flowers is a key component of crop yield. As such, carrying out this work in citrus will support the bioeconomy through knowledge of the mechanisms controlling growth and yield of this economically important crop. In addition, this work has the potential to provide new tools for the engineering of this fruit commodity, as well as providing information on mechanistic aspects of plant growth and development more broadly. This project will also contribute to the career development of undergraduate, graduate student and postdoctoral researchers, as well as provide a means for outreach to the local New Haven area community and underserved high school students.Technical paragraph: The plant hormone auxin is transported in a directional manner and auxin activity at the sites of primordia initiation is thought to define both the pattern of phyllotaxy and organ outgrowth. Understanding how auxin signaling interacts with other signaling components to define two different developmental outcomes, the thorn versus the branch primordium, will provide insight into stem cell patterning processes and how they translate into organismal forms. The proposed work includes assessing auxin distribution and activity in Citrus, as well as multiple experimental approaches to perturb auxin action in Citrus. These experiments will be complemented by genome wide evaluation of the thorn versus branch transcriptome, as well as an assessment of the genome-wide binding sites of THORN IDENTITY1 (TI1), encoding a CYC/BRC1 class TCP transcription factor, that functions to specify thorn identity through binding to the promoter of the stem cell regulator WUS and downregulating its expression. Collectively, the proposed experiments will help to define how auxin signaling influences the decision to produce a thorn versus a branch primordium, and how such signals interface with the components of the gene regulatory network regulating thorn versus branch identity. Defining the mechanisms regulating the interplay between auxin signaling and stem cell activity should help to reveal new regulatory targets that could be genetically manipulated to alter plant architecture and influence crop productivity.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术段落:植物通过干细胞群的作用生长,干细胞群以围绕轴的高度调控的模式产生枝、叶和花。这种模式称为叶序。虽然大多数植物物种都表现出螺旋叶序,但柑橘类植物的叶序却呈现出不寻常的变化。许多柑橘类物种不是产生螺旋状的单枝原基,而是产生两个具有不同发育潜力的相邻原基。 一个原基发育成典型的分支,而另一个原基则分化为刺。先前的工作表明,分支和刺原基以不同的方式调节干细胞活性。该项目的目标是了解柑橘中这种不寻常的叶序模式是如何形成的,并研究分支与刺原基中干细胞活性差异如何调节的相关问题。叶、枝和花的排列是作物产量的关键组成部分。 因此,在柑橘中开展这项工作将通过了解控制这种经济上重要作物的生长和产量的机制来支持生物经济。 此外,这项工作有可能为这种水果商品的工程提供新工具,并提供更广泛的植物生长和发育机械方面的信息。该项目还将促进本科生、研究生和博士后研究人员的职业发展,并为当地纽黑文地区社区和服务不足的高中生提供一种推广方式。技术段落:植物激素生长素以定向方式运输,原基起始位点的生长素活性被认为定义了叶序和器官生长的模式。了解生长素信号如何与其他信号成分相互作用来定义两种不同的发育结果(刺与分支原基),将有助于深入了解干细胞模式化过程以及它们如何转化为有机体形式。拟议的工作包括评估柑橘中生长素的分布和活性,以及​​扰乱柑橘中生长素作用的多种实验方法。这些实验将通过对thorn与分支转录组的全基因组评估以及对THORN IDENTITY1 (TI1)的全基因组结合位点的评估来补充,THORN IDENTITY1 (TI1)编码CYC/BRC1类TCP转录因子,其功能是通过与干细胞调节剂WUS的启动子结合并下调其表达来指定thorn身份。总的来说,所提出的实验将有助于确定生长素信号如何影响产生刺与分支原基的决定,以及这些信号如何与调节刺与分支身份的基因调控网络的组件相互作用。定义调节生长素信号传导和干细胞活性之间相互作用的机制应有助于揭示新的调节目标,这些目标可以通过基因操纵来改变植物结构并影响作物生产力。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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知道了