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根是高等植物吸收水分和营养的重要器官,同时为固着生长提供支撑。根端分生组织是根发育和根系形成的细胞来源。研究表明,根发育受到精密的基因网络调控,WOX5、PLT和SCR等关键转录因子通过维持根端分生组织调控根发育。近期针对模式植物的研究发现,小分子肽在根发育过程中发挥了重要作用,其中PSK-α、TDIFL、CLE6、RGF1和CLEL6明显促进拟南芥主根伸长。然而木本植物小分子肽调控根发育的功能目前知之甚少。本研究通过序列同源性和化学合成的办法获得了5种拟南芥小分子肽在杨树中的同源蛋白序列,并分别命名为PSK-α、PtTDIFL、PtCLE6、PtRGF1和PtCLEL6。我们在拟南芥MS萌发培养基中分别添加浓度为0.1、1和10μM的上述5种小分子肽,结果发现PSK-α、PtTDIFL和PtCLE6能够显著促进拟南芥主根伸长。进一步的观察发现,与对照相比,小分子肽处理的幼苗根端分生组织区域长度增加,且细胞数目增多。相反,外施PtRGF1和PtCLEL6则抑制了主根伸长,并且导致主根呈现出波浪状卷曲的表型,同时与对照相比,根端分生组织区域明显变短,细胞数目显著减少。上述结果表明5种小分子肽均通过促进或抑制根端分生组织的活动调控主根伸长。为了明确小分子肽调控根端分生组织的遗传通路,我们选取了根端分生组织关键调控基因WOX5、PLT1、PLT2和SCR的突变体进行分析。外施小分子肽对wox5-1突变体主根长度的影响同野生型对照类似。同时,外施小分子肽并没有恢复wox5-1突变体柱状细胞排列不规则的表型,而且对pWOX5-GFP报告株系的荧光信号也没有明显影响。上述结果说明,本研究选取的5种小分子肽不通过WOX5发挥其调控根端分生组织的作用。外施小分子肽没有恢复scr和plt1 plt2突变体的表型,除PSK-α促进scr-1突变体主根伸长外,其他外施处理没有表现出促进或抑制主根伸长的效果,说明5种小分子肽均在PLT1和PLT2的上游发挥作用。PtTDIFL、PtCLE6、PtRGF1和PtCLEL6也位于SCR的上游,但PSK-α可能不通过SCR发挥作用。为了研究小分子肽对林木根发育的调控作用,我们在84K杨的生根培养基中分别添加上述5种小分子肽,观察对不定根生长发育的影响。结果发现,0.1、1和10μM浓度下PSK-α、PtTDIFL、PtCLE6均能促进不定根的发生或伸长。而将浓度提高至100和1000μM时,则显著抑制不定根的伸长。0.1、1和10μM浓度的PtRGF1和PtCLEL6促进了不定根的发生,但同时抑制了不定根的伸长,使得不定根呈现瘤突状。本研究揭示了5种杨树小分子肽在模式植物中调控根端分生组织活动的分子机理,阐明了它们对杨树不定根发生和伸长的调控作用,一方面为理解根发育的调控机制提供了新的信息,另一方面也为生产中利用外施小分子肽促进林木根系发育奠定了一定的理论基础,同时为不易生根的林木生产提供了新思路。