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对陆地上的植物而言,适应不断变化的环境对植物生存和进化具有重要意义。植物根系灵活的生长方式有利于植物适应自然环境的变化,这一过程涉及营养、水分、光等信号刺激、植物激素互作及信号转导、基因表达的调控以及根的形态建成等诸多环节。水杨酸是近年确认的一种新型植物信号分子,在调节植物某些重要生理过程方面具有重要功能,是植物适应环境不良变化的重要植物激素信号。已有研究表明,当植物根在较硬的、倾斜的培养基表面生长时,其表现出一种有规律的波动的生长方式,迄今已有几种模型试图阐明这一现象的机制,然而到目前为止,根波动生长的具体分子机制及信号转导机制还不清楚。 课题组前期研究证实,水杨酸能特异性的诱导拟南芥的根呈现波动生长反应,AtNOA1基因的突变,导致拟南芥缺失 SA诱导的根波动生长反应。鉴于AtNOA1基因报道与NO的合成相关,推测NO可能参与SA调节的植物拟南芥根波动性生长,遗憾的是NO合成关键基因NIA1、NIA2(编码硝酸还原酶)的突变并不影响SA诱导的拟南芥产生根波动生长反应,且外源SNP(NO供体)处理同样不能诱导根波动性生长,因此排除AtNOA1基因介导SA诱导的根波动性生长依赖于NO可能性。 为探讨AtNOA1响应SA诱导拟南芥根波动性生长可能作用机制,我们对AtNOA1蛋白定位及活性调节等进行了分析。首先将带GFP荧光标记的AtNOA1全长CDS和N端600bp CDS序列转化拟南芥叶片原生质体进行瞬时表达,结果显示,AtNOA1定位于叶肉细胞的叶绿体内,AtNOA1蛋白的定位序列位于其N端。永久表达35S::NOA-GFP的转基因植株荧光检测表明,AtNOA1在拟南芥叶片和下胚轴细胞的叶绿体、根细胞内均有表达。根细胞质壁分离实验结果表明,GFP荧光与根细胞壁共定位,部分 GFP荧光在细胞质内呈点状分布。鉴于AtNOA1是cGTPase,那么SA是否直接调节AtNOA1活性?本文对AtNOA1进行了体外原核表达和蛋白纯化,GTPase活性测定,结果证实SA并不能影响AtNOA1活性,可能通过中间信号介导以响应SA的调节。 鉴于生长素的含量及不对称分布直接影响到植物根生长形态改变,诸如主根的延伸及侧根的发育等,为此我们通过将DR5::GUS转入noa1突变体,观察SA处理后生长素的变化和分布,以证实AtNOA1是否通过调节生长素的变化响应SA诱导的拟南芥根波动性生长反应。实验中发现,SA能引起拟南芥根尖的生长素含量降低,而 AtNOA1基因突变后,SA处理下根尖生长素含量无明显变化,暗示AtNOA1可能通过调控拟南芥根尖生长素的含量变化,参与调节SA引起的拟南芥波动生长反应。 综上所述,AtNOA1参与调节了SA诱导的根波动性生长,可能依赖于其对SA引起的根内生长素含量及分布的变化调节,证实SA并不直接影响AtNOA1的GTPase活性实现,可能通过间接调节方式作用于AtNOA1,同时排除了NO在SA调节根波动性生长的可能作用。