Col和atprmt5、atprmt10和atprmt4a/4b单突变体及其双、三突变体蛋白质甲基化谱式的改变，通过质谱分析出蛋白，进一步在体内、外验证该蛋白是哪种AtPRMT的特异性底物，并通过遗传学、细胞生物学和分子生物学等手段，研究这些蛋白调控拟南芥开花的分子机理。
(6) 利用反向遗传学手段，分离鉴定参与开花调控的新的表观调控因子，揭示
这些因子调控植物开花过程的信号网络。
2、植物重要器官形态建成的调控机制和模型
高等植物的器官发生和形态建成是一个连续、不间断的生物学过程，随着发育进程的展开，逐步在细胞、组织和器官等不同的发育层面上完成。花是植物体最重要和复杂的器官，在花器官原基起始以后的发育过程中，经过一系列细胞分裂、功能分化和细胞生长，通过腹背、两侧、近远三维轴向的建立，使花器官的不同区域被特化，形成完全发育的萼片、花瓣、雄蕊和心皮。在拟南芥中四种花器官（特别是雄配子体的发育）的出现不仅被各种器官特征转录因子所精确控制，而且受到miRNA和组蛋白修饰在转录后和染色质水平上的调控。以水稻为代表的单子叶器官形态建成与拟南芥有很大差异，而水稻中内稃、外稃和浆片等拟南芥不具有的器官是如何产生的、细胞程序化死亡如何参与调控雄性生殖器官发育等问题一直是植物进化发育生物学中的重要科学问题。
本课题重点研究植物器官形态建成的遗传和表观遗传调控网络，解析水稻内稃、外稃和浆片等禾本科特有器官（相对于拟南芥）产生的遗传和表观遗传机制，阐明调控网络，探索雄配子发育的分子基础特别是糖、激素和程序化细胞死亡等信号等对雄配子形成的作用机制。
1) 解析单子叶植物花器官形态建成的遗传和表观机制，提出发育模型。
虽然人们在拟南芥器官形态形成研究方面取得了很大进展，但基于拟南芥和金鱼草等双子叶植物研究所得出的模型并不完全适用于单子叶植物，因为单、双子叶植物早在1.2～1.8亿年前就分别进化，单子叶植物花器官形态特征明显不同于双子叶植物。水稻是典型的单子叶禾本科植物，水稻花序由小穗组成，小穗由
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小花和两个颖片组成，小花从外到内依次由外稃、内稃、2个浆片、6个雄蕊和1个雌蕊组成，具有与双子叶植物相似的雄蕊和雌蕊生殖器官，但没有明显的花萼和花瓣结构，取代它们的是外稃、内稃和浆片。水稻的外稃和内稃共同包裹着水稻种子，其发育的形态，不仅直接影响着水稻产量，还与水稻的品质相关。目前对外稃和内稃的发育进化和调控机理的相关研究还非常有限。因此，对其进行深入研究不仅具有理论价值，还具有应用前景。
从理论上，现有双子叶植物花发育的ABC模型在单子叶水稻上存在一定差异。首先，进化树分析表明水稻中存在4个拟南芥AP1亚群的成员，目前尚没有充足的实验数据确定水稻中是否真正存在和双子叶植物中类似的A类基因；其次，由于基因复制事件的发生为水稻中MADS-box基因功能的分化提供了更多的可能。除了遗传学研究以外，水稻花器官在转录后调控机制方面的研究也开始起步，我们发现DCL4同源基因突变后导致叶片、外稃等侧生器官腹背轴极性的丧失，最明显的表型是外稃发育不全或者外稃异化为稻芒等异常的器官，具有雄性不育的表型。
虽然近几年来水稻花器官方面的研究取得了较大的进展。但还有不少问题仍有待回答。水稻花器官与双子叶模式植物最大的差异在外部器官。首先，浆片已经被认为是花瓣的同源物，内外稃是否为花萼的同源物？内稃与外稃是同一种器官还是不同的器官？水稻的颖片是一朵退化的花还是一朵花的有机组成部分？拟南芥与水稻的花发育“ABC”模型有一定的相似之处，在这个模型中，所涉及的都是转录因子，缺乏下游的受调控基因。而不同花器官的形态建成都涉及到细胞的分裂分化。因此，如何解释这些转录因子发生突变影响到细胞分裂分化的命运也即揭示完整的调控网络，需要更系统、深入的利用分子遗传学、生物化学、细胞生物学、表观遗传组学等手段来阐明各个转录因子之间相互作用的关系以及它们的下游靶基因。本课题根据我们的工作基础，将重点开展控制水稻花器官的重要调控因子对植物花器官形成的遗传和表观遗传机制，阐明其调控网络和模型。具体内容包括：
(1) 以水稻osmads1, osmads13、oseg1和osrep1等外稃、内稃、颖片和心皮发育异常的突变体为材料深入研究关键转录因子如MADS-box参与水稻等花器官形态建成的遗传控制机理；
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(2) 利用花器官发育异常的突变体构建一些重要双突变体，如fon4#osmads1，fon4#osmads3，osmads3#osmads13，osmads3#osmads21等，深入研究这些基因的功能和相互关系，将水稻花器官发育的关键基因和拟南芥“ABC”模型进行比较，提出单子叶植物水稻花器官的发育模型；
(3) 以osdcl4为研究对象，深入研究小分子RNA参与外稃发育的表观遗传机制； (4) 利用大规模小分子RNA测序技术，通过比较野生型和osdcl4不同组织的小分子RNA的组成，鉴定osdcl4调控的小分子RNA及其作用的靶位点，研究这些因子在水稻外稃、内稃发育中的作用；
(5) 通过和双子叶植物的比较研究，从进化发育生物学角度解析单子叶植物花器官形成的分子机制，提出相关模型。 2) 解析植物雄蕊发育遗传和表观遗传机制。
雄蕊发育主要来自L2层的孢原细胞(ACS)进行几次平周分裂, 形成初生壁细胞(PPC)和初生造孢细胞(PSC)。初生造孢细胞进行几次有丝分裂发育为小孢子母细胞(PMC)，初生壁细胞则进行两次平周分裂形成内皮层、中层和绒毡层。MSP1（MULTIPLE SPOROCYTE1）是水稻中克隆到的第一个控制着早期造孢细胞发育的基因，它编码一个与拟南芥中EMS1/EXS功能相似的富含亮氨酸的受体蛋白激酶。msp1 突变体可产生过多的雌雄孢子母细胞，花药壁细胞混乱，绒毡层缺失。最终小孢子母细胞的发育停留在减数分裂Ⅰ,而大孢子母细胞的发育不受影响，造成完全雄性不育。此外拟南芥TAPETAL DETERMINANT1 (TPD1)基因编码一个小分泌蛋白，也具有相似的功能。TPD1和EMS1可以直接结合，水稻中TPD1的同源蛋白OsTDL1A可以和MSP1直接结合。最近，两个高度相似的拟南芥富含亮氨酸的受体蛋白激酶，SERK1 和SERK2被证明是绒毡层形成所必需，且其作用途径与EMS1/EXS和MSP1相似。他们可能分别在双子叶植物和单子叶植物中在促进从前体细胞到绒毡层的分化过程中行使重要的功能。
在花药绒毡层发育中起作用的关键基因还有DYSFUNCTIONAL TAPETUM1 (DYT1)、Tapetum Degeneration Retardation（TDR)、Undeveloped Tapetum1 (Udt1)、MS1、ABORTED MICROSPORES (AMS)、AtMYB103等。DYT1、TDR、AMS和UDT1基因可以编码bHLH类型转录因子，这些基因主要在绒毡层表达，对于绒
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毡层细胞分化以及花粉发育十分重要，基因突变后可导致完全雄性不育。花粉发育过程中，绒毡层早期包围着花粉囊，到花粉发育晚期，绒毡层经过一种细胞程序化死亡(Programmed cell death, PCD)过程开始降解，为小孢子发育提供营养。研究证明了TDR可以正调控控制绒毡层细胞PCD，该基因突变后，tdr的绒毡层和中层不能及时降解，PCD大大延迟，小孢子释放后迅速降解，由此导致完全的雄性不育。然后DYT1、TDR、Udt1、MS1、AMS、AtMYB103等这些基因在花药发育过程中的调控网络尚不清楚。
减数分裂是由一系列基因在时空上按照极为精确的顺序,最终完成从二倍性体细胞到单倍性性细胞的转变过程。在这中间任何一个基因发生突变都有可能影响正常配子的形成,最终在不同程度上影响减数分裂产物的染色体数目、倍性及育性。目前拟南芥和水稻中克隆到的参与孢子母细胞减数分裂过程的基因主要有AtPRD1、AtSPO11-1、Atmus81、RAD51C、MER3、DMC1、PAIR2、PAIR1、MEIOSIS ARRESTED AT LEPTOTENE1 (MEL1)、OsRAD21-3、OsRad21-4等。表观遗传控制方面，mel1突变体在减数分裂早期染色体的浓缩和大小发生异常，花粉母细胞的染色体中心粒位置的组蛋白H3K9甲基化发生异常改变，不能形成雄性生殖细胞；同时雌性生殖细胞也不能正常形成，说明在水稻中存在生殖细胞特异性的表观遗传控制机制。目前的研究仅仅是对水稻减数分裂过程分子生物学研究的开端，这一复杂的过程还有待于人们的进一步研究。
植物正常授粉还需要花药适时开裂和合适的花丝长度，花粉才能在成熟后适时释放出来进行授粉,所以花药开裂是花药发育后期的一个重要特征。花药开裂涉及到花药壁各层细胞的变化以及细胞内的许多生理生化反应，Sander等认为拟南芥花药的开裂从中层以及绒毡层的降解开始；然后，药室内壁细胞膨大、药室内壁以及连接层细胞上发生纤维状带的沉积；后期位于药室间的隔膜层降解产生了一个双药室的花药；最后，连接两个药室的裂缝细胞降解，使花药开裂。目前在其它物种中已经分离到几个与花药开裂有关的基因。例如拟南芥的ms35 、nondehiscent1、delayed dehiscence1（dde1）/opr3表现为裂缝层stomium）细胞的降解延迟，使得花药未适时开裂,此外还有COI1、DAD1等都影响了花药的开裂。
除了运用遗传学方法寻找控制雄蕊发育基因的研究之外，近年人们还利用基
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因芯片技术在基因组层面上开展雄蕊发育过程中基因表达谱变化的分析，为认识雄蕊发育的基因调控网络开辟了一条新的途径。
总之植物雄蕊发育的过程是一个复杂的过程，虽然在近年来发现了一些参与控制这一过程的基因，但还有许多遗传和表观遗传机制有待于发现和理解,特别是表观遗传记忆如何通过配子体传递给下一代，重编程过程是在何种调控水平上进行的？哪些基因控制这些过程等都是需要回答的重要生物学问题。
本课题根据我们的工作基础，将重点开展控制拟南芥和水稻雄蕊形成的重要调控因子研究，阐述雄蕊形态建成以及小孢子发生的遗传和表观遗传机制，阐明其调控网络和模型。具体内容包括：
(1) 以拟南芥dmg1、dmg2和dmg3等雄蕊有丝分裂异常突变体为材料深入研究
雄配子体发育过程中的关键调控因子及其相互作用蛋白，并揭示其遗传调控网络。利用PCD in male gametogenesis (pig)类突变体系统鉴定雄配子PCD的PIG基因，研究其功能。
(2) 利用正向和反向遗传学手段分离控制拟南芥和水稻雄性生殖细胞分化和花
粉发育关键转录因子AMS、TDR、UDT1、PMD等在减数分裂、细胞程序性死亡等重要生物学过程的控制机理；其中AMS、TDR和UDT1为bHLH类型转录因子，PMD为Myb类型转录因子，利用基因组学等手段深入研究这些转录因子的调控靶基因，阐明其调控网络。
3) 基因组水平解析植物花器官和雄蕊发育的调控网络和模型。
已有的植物器官形态建成的基因调控网络和模型的研究，主要根据遗传学等手段阐明基因之间的相互关系和调控网络，然而这些手段存在通量较低，只能在单个或者几个基因或者因子水平上开展研究，随着最新Solexa等测序技术的发展对于基因调控网络研究提供新的手段，因此，本项目将：
(1) 用基因芯片和CHIP-sequencing等技术在基因组水平上研究控制植物花器官
形态建成的关键转录因子的靶标基因，揭示其遗传调控网络。这些关键转录因子包括：OsMADS3、OsMADS6、OsMADS7、OsMADS58等抗体为中心的染色质免疫共沉淀全基因组芯片分析。
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