增强UV-B辐射对拟南芥根尖静止中心的影响

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增强的UV-B(Ultraviolet-B,UV-B)辐射对地表生物产生了多方面的影响,尤其是植物,在此过程中UV-B不仅是一种潜在的胁迫因子,还可以作为信号来参与植物的生长和发育过程。植物根尖干细胞可以通过细胞不对称分裂,分化成多种细胞类型,是植物根发育的细胞来源和信号调控中心,在植物根的发育中具有重要意义。拟南芥微管结合蛋白MAP18(Microtubule-associated protein 18,MAP18)在根部高表达,MAP18作为微管去稳定蛋白,能够通过结合微管参与植物的生长发育过程,包括植物形态建成和逆境胁迫等。本研究以拟南芥野生型(生态型Columbia,Col-0)、转pWOX5∷GFP的野生型拟南芥(WOX5启动子驱动的绿色荧光蛋白表达植物)和拟南芥MAP18基因过表达株系OE、沉默抑制RNAi及T-DNA插入突变体map18为材料,观察拟南芥突变体和野生型之间在辐射前后的形态变化,激光共聚焦显微镜观察根尖干细胞绿色荧光的变化,进行生物学分析,探讨根尖干细胞在UV-B应答中的作用,试图阐释拟南芥在应答UV-B胁迫中MAP18的作用,为改善植物响应UV-B胁迫提供线索。本实验得到的主要结果如下:拟南芥转pWOX5∷GFP的野生型在UV-B辐射后根尖静止中心(Quiescent center,QC)荧光信号变化。7日龄的拟南芥pWOX5∷GFP幼苗在UV-B辐射后,代表QC细胞的WOX∷GFP绿色荧光在UV-B辐射后6h开始就明显减弱,至UV-B辐射后24h大部分幼苗的绿色荧光已经完全消失。说明增强的UV-B辐射会导致根系调控中心的QC细胞失去活性,由此可以推测拟南芥幼苗在受到UV-B辐射后初生主根生长抑制且不可逆,不会恢复生长。增强的UV-B辐射对拟南芥MAP18过表达株系OE、沉默抑制RNAi及T-DNA插入突变体的表型分析。7日龄的拟南芥突变体和野生型经过UV-B辐射,恢复正常条件培养14天后,处理的幼苗都出现明显黄化,沉默抑制RNAi及T-DNA插入突变体map18的幼苗黄化最为严重,野生型幼苗黄化程度稍轻,MAP18过表达株系OE幼苗表现最不敏感,差异较明显;初生根生长停滞,而且已发育的侧根经过辐射后,也出现了停止生长的表型,验证了之前的推测,但是,UV-B辐射后恢复培养的野生型幼苗和MAP18过表达株系OE幼苗在下胚轴和根的连接处,即过渡区,再生出了新的定根,代替受损的初生主根继续生长,MAP18过表达株系OE幼苗的再生定根数量多于野生型,而沉默抑制RNAi及T-DNA插入突变体map18的幼苗几乎没有新生定根出现。由此可以推测,在UV-B辐射处理下,MAP18可能发挥着正向调节作用。增强的UV-B辐射对拟南芥幼苗再生定根的QC细胞检测。选取拟南芥7日龄和5日龄pWOX5∷GFP幼苗进行同剂量UV-B辐射,可以清楚观察到代表QC的WOX∷GFP绿色荧光先出现在拟南芥幼苗下胚轴与根连接处,之后再生定根才发育。这表明拟南芥在UV-B辐射后,QC活性表达先于定根再生,QC是拟南芥的定根再生发育调控中心;而MAP18低表达期的5日龄幼苗QC荧光晚出现,MAP18高表达期的7日龄幼苗再生定根中QC荧光早出现,推测QC的活性与MAP18表达量相关。本研究发现增强的UV-B辐射伤害拟南芥根系统的静止中心细胞,造成了主根不可逆的伤害;MAP18参与了拟南芥应答UV-B伤害的定根再生过程。
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