近日来自北京大学生命科学学院和德国波恩大学的研究人员在新研究中发现了一个参与调控角质层发育过程的新基因。这一研究成果在线发表在国际植物学领域著名杂志《植物细胞》（近5年平均影响因子为10.69）上。
新基因参与角质层发育调控
文章的通讯作者是北京大学生命科学学院副院长顾红雅教授，其早年毕业于南京大学生物系，1987年获美国华盛顿大学博士学位。长期从事植物系统进化和发育生物学的研究，发表论文60余篇，曾获得中国科协青年科技奖、国家教委科技进步三等奖等奖项。
植物表皮细胞是植物与外界环境接触并发生物质和信息交换的重要“界面”。在从水生演化为陆生的过程中，植物产生了覆盖其表面细胞的疏水脂类——角质层，以适应陆地上相对“干燥”的环境。角质层也有防御外界生物（如微生物和昆虫）入侵、调节光对于植物细胞的影响等功能。在植物发育过程中，角质层还参与控制心皮闭合以及植物授粉时花粉粒与雌蕊的乳突状细胞融合等重要的生理过程。角质层的疏水物质是多种物质的混合物，它们的合成涉及到多种酶促反应，合成之后还需要在多个细胞内区室间转运，因此这些物质的合成与运输是一个高度复杂和精细调控的过程。
近年来，人们已经在玉米、水稻、拟南芥等植物中发现多种与表面疏水物质合成、衍生与分泌相关的基因；但这些基因是如何调控的等机理方面的进展甚少，长期以来，只有少数参与这一过程的调控基因得到了克隆和鉴定。
在这项研究中，北京大学生命科学学院蛋白质与植物基因研究国家重点实验室的研究人员通过分析一株具有卷叶表型的水稻突变体，找到了导致卷叶的基因CFL1。该基因是一个新的基因，编码一个具有WW结构域的未知功能蛋白，同时在拟南芥中找到它的同源基因At CFL1。在拟南芥中过量表达At CFL1基因之后发现会出现器官融合的表型。同时，他们还发现这些转基因拟南芥的表皮细胞的形态发生畸变，覆盖表皮细胞的蜡质晶体也大量减少。进一步的分析表明，这些异常现象都是由于角质层发育缺陷造成的。
通过与德国波恩大学Lukas Schreiber教授实验室的合作，他们确定有多种角质层的组成成分发生了改变。进一步工作表明CFL1会通过与一个重要的植物转录因子HDG1发生相互作用来调节其功能，而HDG1这个转录因子直接参与调控两个角质层发育过程中的关键基因BDG和FDH的表达。
目前对于植物角质层发育的研究主要集中在成分合成及运输方面，但对于基因表达调控方面的研究较为匮乏。这项研究不仅找到了一条新的角质层发育的调控途径，而且为植物角质层发育的基因调控研究提供了新的思路。
相关英文论文摘要
CFL1, a WW Domain Protein, Regulates Cuticle Development by Modulating the Function of HDG1, a Class IV Homeodomain Transcription Factor, in Rice and Arabidopsis[W]
Plants have a chemically heterogeneous lipophilic layer, the cuticle, which protects them from biotic and abiotic stresses. The mechanisms that regulate cuticle development are poorly understood. We identified a rice (Oryza sativa) dominant curly leaf mutant, curly flag leaf1 (cfl1), and cloned CFL1, which encodes a WW domain protein. We overexpressed both rice and Arabidopsis CFL1 in Arabidopsis thaliana; these transgenic plants showed severely impaired cuticle development, similar to that in cfl1 rice. Reduced expression of At CFL1 resulted in reinforcement of cuticle structure. At CFL1 was predominantly expressed in specialized epidermal cells and in regions where dehiscence and abscission occur. Biochemical evidence showed that At CFL1 interacts with HDG1, a class IV homeodomain-leucine zipper transcription factor. Suppression of HDG1 function resulted in similar defective cuticle phenotypes in wild-type Arabidopsis but much alleviated phenotypes in At cfl1-1 mutants. The expression of two cuticle development-associated genes, BDG and FDH, was downregulated in At CFL1 overexpressor and HDG1 suppression plants. HDG1 binds to the cis-element L1 box, which exists in the regulatory regions of BDG and FDH. Our results suggest that rice and Arabidopsis CFL1 negatively regulate cuticle development by affecting the function of HDG1, which regulates the downstream genes BDG and FDH.
英文论文链接：https://www.plantcell.org/content/early/2011/09/26/tpc.111.088625.abstract
