白桦芽休眠过程中生长素信号转导的分子机理研究

Bud dormancy is the main strategy of perennial woody plants to adapt seasonal changes. The bud dormancy of plants is controlled by plant hormones and auxin plays a key role in this biological process. Aux/IAAs and ARFs function as heterodimer in auxin signal transduction pathway. In this project, we will identify Aux/IAAs and ARFs involved in bud dormancy of birch. We will identify BpAux/IAAs with high expressional levels in birch apical bud using RNA-seq, and then validate their functions using transgenic method. Once we identify the BpAux/IAAs involved in bud dormancy of birch, we will scan the interacted BpARFs using Y2H method. We will then validate the results of Y2H using BiFC in birch, and analyze the functions of these BpARFs. Finally, we will identify the target genes of the validated BpARFs. Our results will reveal the molecular mechanism of auxin transduction in bud dormancy of birch. This project have important theory significance and the practical application value.

芽休眠是多年生木本植物适应季节变化的主要途径之一，由植物体内多种激素协调控制，其中生长素起关键作用。Aux/IAAs与ARFs以二聚体形式控制生长素信号的转导。本项目将明确在白桦芽休眠过程中，控制生长素信号转导的BpAux/IAA与BpARF基因。从已测序的白桦基因组中鉴定BpAux/IAAs，通过RNA-seq分析这些基因在白桦不同部位中的表达模式，鉴定出在顶芽中高表达的BpAux/IAAs，通过转基因的方法验证所筛选的BpAux/IAAs的功能。通过酵母双杂交筛选与其互做的BpARFs，并通过BiFC进一步验证酵母双杂交的结果。通过转基因技术验证所筛选的BpARFs的功能后，通过ChIP-seq与RNA-seq筛选所获得的BpARFs的下游靶基因。本项目将揭示白桦芽休眠过程中，生长素信号转导的分子机理，具有重要理论意义及应用价值。

生长素是植物生长发育过程中的一类重要激素，对植物生长发育起着十分重要的调控作用。转录因子Aux/IAA是生长素信号途径中的关键因子。本研究开展了BpIAA10启动子的功能分析、白桦的遗传转化、转基因白桦表型分析、转录组测定、酵母单杂交和酵母双杂交等一系列分子生物学和生理学实验。.首先克隆了BpIAA10的启动子，构建BpProIAA10::Luc载体，并进行拟南芥遗传转化。结果表明Luc基因在拟南芥茎尖生长点及幼嫩子叶中特异性表达。喷施IBA，IAA，GA，ABA，SA均能不同程度诱导Luc的表达，而MeJA则显著抑制Luc的表达。通过白桦的遗传转化获得转BpIAA10超表达（OE）和抑制表达（RE）的转基因株系。观察表型发现，该基因参与白桦生长发育的众多方面。包括：影响白桦幼叶的发育及分化，OE和RE表现出幼叶显著增多，叶发育提前；影响白桦休眠芽的形成，短日照处理后，OE和RE表现出开放的休眠芽形态。.对白桦顶端茎尖组织进行转录组测序，结果表明转基因变化中生长素合成相关基因显著上调表达；具有IAA氧化活性的过氧化物酶显著下调表达，这是造成转基因株系中生长素含量增加的重要原因；生长素信号途径相关基因的表达也发生显著变化，影响生长素信号传导途径的平衡；大量与叶发育、细胞分裂相关基因显著上调，这些基因的表达是白桦幼叶提前发育，数量增多的重要原因。转录组分析休眠芽形成的分子调控时刻表发现，多种激素参与调控休眠芽形成，其中生长素信号途径自始至终贯穿于休眠芽形成的过程中，转基因株系无法形成休眠芽主要由于相关激素信号途径变化不显著，无法调控休眠芽形态建成的进程。.酵母双杂交筛选及双分子荧光互补验证结果表明，BpIAA10转录因子能够与BpIAA7、BpARF19分别形成异源二聚体，BpIAA10通过调控激活型BpARF19的转录活性，而调控下游靶基因，影响植物发育。根据qRT-PCR验证转录组测序结果及相关DEGs启动子序列分析，推测6个生长素响应基因可能是BpARF19转录因子的下游靶基因，参与调控下一级相关基因的表达，他们共同构成白桦中高度有序的调控网络，来参与白桦特定组织部位的生长和发育。

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