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根是植物最重要的器官之一。根发育是否正常直接影响着植物的生长、营养物质的吸收代谢和对环境的适应能力等。根器官的发育分化决定于根端干细胞。研究并发现影响根干细胞维持和分化的基因对揭示根器官发生的分子机制具有重要的科学意义和实际价值。近年来的研究发现,进化上高度保守的蛋白质精氨酸甲基转移酶5(PRMT5/SKB1)参与调控包括RNA剪切、DNA修复、细胞增殖和分化等许多重要的生物学过程。在裂殖酵母中,SKB1参与调控细胞周期。skb1突变体生长缓慢,G2/M期缩短产生短小的酵母细胞,超表达SKB1则会促进细胞生长,G2/M期延长产生更长的酵母细胞。在哺乳动物细胞中,SKB1也参与调控细胞周期。我们前期的研究发现SKB1通过催化组蛋白H4R3对称性双甲基化调控拟南芥开花时间,目前关于SKB1在植物细胞周期调控以及DNA损伤方面的作用还没有任何报道。本论文主要研究了SKB1在拟南芥细胞周期调控,DNA损伤以及细胞分化方面的作用。主要研究结果如下:
1.SKB1在拟南芥的根、茎、叶、花、荚的各个组织中都有表达,尤其在幼嫩的组织和细胞分裂旺盛的组织中高表达。通过对SKB1-GFP融合蛋白的观察,我们发现SKB1在细胞核和细胞质中均有定位,GFP在SKB1蛋白的N-端和C-端的定位相同。
2.拟南芥的skb1突变体表现生长缓慢,植株矮小表型。PI染色后拟南芥的根尖细胞统计结果显示,skb1突变体造成的植株矮小表型是由于细胞数目变少引起的,而不是由于细胞大小改变引起的。
3.通过芯片分析,流失细胞分析和pCYCB1；1::GUS表达分析证明,在skb1突变体中有更多的G2/M期的细胞表达,说明SKB1可以调控拟南芥G2/M细胞周期。
4.skb1突变体对HU、MMS和UV-B处理造成的各种DNA损伤表现敏感,DNA损伤处理后可以严重抑制突变体的生长发育。SKB1的表达量在DNA损伤处理后升高,说明SKB1确实在DNA损伤途径中起作用。
5.通过对skb1/atm-2和skb1/atr-2双突变体表型分析,我们推测SKB1在DNA损伤途径中既依赖于ATM途径,又依赖于ATR途径。同时我们还发现,SKB1可以甲基化MRE11,说明SKB1可能在DNA损伤后修复过程中起作用。
6.在DNA损伤处理后,SKB1可以影响拟南芥根尖细胞分化和QC细胞的维持。进一步研究发现,SHR蛋白在skb1突变体中的表达量下降,并且随着拟南芥的发育,这种趋势更加明显。DNA损伤处理后,SHR失去其原有的细胞定位模式,在所有的细胞的细胞质中表达。
综上所述,我们以拟南芥skb1突变体表现出来的植株矮小和发育迟缓的现象为切入点,分析了SKB1对拟南芥发育的影响。结果显示SKB1可以调控拟南芥细胞周期G2/M期的进展,在DNA损伤后影响QC细胞的维持以及SHR蛋白的定位和移动,进而影响根尖细胞的分化。这些研究结果对我们深入理解SKB1的生物学功能以及植物细胞分化的调控机制都具有重要意义。