Mechanisms governing floral stem cell maintenance and miRNA functions in Arabidop

拟南芥花干细胞维持和 miRNA 功能的调控机制

基本信息

  • 批准号:
    7884034
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.51万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2000-05-01 至 2014-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): A fundamental question in developmental biology is how pluripotent stem cells are maintained and how they differentiate into various lineages in multicellular organisms. Flower development in the model plant Arabidopsis thaliana offers a great system to address key questions in stem cell biology. One of our long-term goals is to uncover the mechanisms that govern the maintenance and termination of floral stem cells. We and others have uncovered an as yet incomplete network of three transcription factors superimposed by a microRNA (miRNA)-based posttranscriptional mechanism that governs the maintenance of floral stem cells. In the proposed research, we will expand this network by identifying core components at the heart of floral stem cell regulation. We will 1) identify target genes of the two key transcription factors, 2) incorporate the newly identified floral stem cell regulators, ARF2, ARF3 and ARF4, and the small RNA that regulates the three transcription factor genes into the existing framework of floral stem cell regulation, and 3) probe the role of the Polycomb group proteins in floral stem cell termination. miRNAs are sequence-specific regulatory molecules that impact numerous biological processes including development. The trans-acting siRNAs (ta-siRNAs) are a class of plant-specific, miRNA-like small RNAs with important developmental roles. Another long-term research goal is to dissect the general mechanisms underlying the biogenesis and mode of action of small RNAs and to study how the biogenesis or activities of specific miRNAs or ta-siRNAs are modulated in development. Whereas the major framework of miRNA biogenesis is established, how miRNAs inhibit target gene expression is highly controversial at present. The field is at its very early stages of understanding how the activities of specific small RNAs are regulated in developmental contexts. A key to dissecting the mode of action of miRNAs and understanding how small RNA activity is regulated in development is to identify proteins that mediate or modulate the activities of small RNAs. We have identified two such proteins, AGO10 and AMP1 in small RNA-mediated target gene regulation. The proposed research is aimed at uncovering the molecular functions of these two proteins. The proposed work will undoubtedly provide novel insights into stem cell regulation and miRNA function. Understanding how stem cells are maintained and terminated in plants will help derive basic principles that govern stem cell biology and contribute to the ultimate use of stem cells in regenerative medicine. Due to the highly conserved mechanisms underlying miRNA biogenesis and function between plants and animals, an advance in the mechanistic understanding of miRNA function from our work will directly impact our abilities to harness the power of small RNAs to fight pathogens and human diseases. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Understanding how stem cells are maintained and how they differentiate is key to harnessing the power of stem cells for regenerative medicine in the future. This research will reveal major players in the transcriptional and post-transcriptional networks that govern the temporal regulation of stem cells. This research will also advance our understanding of the mode of action of miRNAs, regulatory molecules that impact all aspects of biology and whose mis-regulation is associated with human diseases.
描述(由申请人提供):发育生物学中的一个基本问题是多能干细胞的维持方式以及它们如何区分多细胞生物的各种谱系。模型植物拟南芥中的花朵发育提供了一个很好的系统,可以解决干细胞生物学中的关键问题。我们的长期目标之一是揭示控制花干细胞维持和终止的机制。我们和其他人发现了由microRNA(miRNA)基于基于microRNA(miRNA)的转录后的三个转录因子的网络,该因子控制了花卉干细胞的维持。在拟议的研究中,我们将通过识别花卉干细胞调节核心的核心成分来扩展该网络。我们将1)确定两个关键转录因子的靶基因,2)将新近鉴定的花干细胞调节剂ARF2,ARF3和ARF4以及调节三个转录因子基因基因的小RNA纳入花卉干细胞调节的现有框架,以及3)探测了polycomb ofter蛋白在花卉干细胞中的作用。 miRNA是序列特异性的调节分子,影响包括发育在内的许多生物学过程。跨作用siRNA(TA-SIRNA)是一类具有重要发育作用的植物特异性,类似miRNA的小RNA。另一个长期的研究目标是剖析小RNA生物发生和作用方式的基础的一般机制,并研究如何在发育中调节特定miRNA或TA-SIRNA的生物发生或活性。尽管建立了miRNA生物发生的主要框架,但miRNA当前如何抑制靶基因表达是高度争议的。该领域正处于理解特定小型RNA的活动中如何在发育环境中调节特定小型RNA的活动的早期阶段。剖析miRNA的作用方式并了解开发中小小的RNA活性的关键是鉴定介导或调节小RNA活性的蛋白质。我们已经在小的RNA介导的靶基因调节中鉴定了两种此类蛋白,AGO10和AMP1。拟议的研究旨在发现这两种蛋白质的分子功能。 提出的工作无疑将提供有关干细胞调节和miRNA功能的新见解。了解如何在植物中维持和终止干细胞将有助于得出控制干细胞生物学的基本原理,并有助于干细胞在再生医学中的最终使用。由于植物与动物之间的miRNA生物发生和功能的高度保守机制,从我们工作中对miRNA功能的理解的进步将直接影响我们的能力,以利用小RNA的力量与病原体和人类疾病作斗争。 公共卫生相关性:了解干细胞的维持方式以及它们如何区分是利用干细胞在未来使用再生医学的力量的关键。这项研究将揭示控制干细胞时间调节的转录和转录后网络中的主要参与者。这项研究还将提高我们对miRNA的作用方式,影响生物学各个方面并且其错误调节与人类疾病有关的调节分子的理解。

项目成果

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