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植物根系是固定植株,吸收运输水分和养分,合成及储藏营养物质的重要器官。生长素浓度的不同影响根系发育,而生长素浓度梯度的维持依赖于极性运输。迄今已经报道了三个基因家族参与生长素的极性运输：输入载体AUX1/LAX (auxin resistant 1/like AUX1)家族、输出载体PIN (pin-formed)家族和ABCB/MDR/PGP(ATP binding cassette B/Multidrug-resistance/p-glycoprotein)。拟南芥中,PIN家族已有广泛研究,但PGP和AUX家族的研究相对滞后。同源性比对,水稻中有5个AUX1类似基因,对其生物学功能报道甚少。通过生物信息学分析了水稻OsAUX/LAX家族基因结构和蛋白结构,构建OsAUX/LAX启动子融合报告基因葡(萄)糖苷酸酶(β-glucuronidase, GUS),研究了OsAUX/LAX家族的表达模式,以OsAUX1的突变体和过表达为材料,研究OsAUX1在主根和根毛发育中的生物学功能。主要结果概述如下：(1) OsAUX/LAX家族中基因结构有差异。OsAUX1、OsAUX2、OsAUX3、 OsAUX4有5-7个外显子,OsAUX5只有2个外显子,而拟南芥AtAUX/LAX有6-7个外显子。OsAUX/LAX家族氨基酸序列的相似性为70.58%～84.15%,与拟南芥的四个蛋白比较相似,表明在生长素输入方面功能保守。(2)明确了OsAUX/LAX家族的蛋白结构和定位。该家族都含有9-11个跨膜结构,验证OsAUX/LAX家族主要定位在细胞膜上。(3) OsAUX/LAX家族成员的表达模式有着各自的特异性。OsAUX1表达模式与AtAUX1类似,呈现组成型表达。在韧皮部、中柱、侧根根冠、根尖表皮细胞、伸长区细胞均有表达。OsAUX3只在侧根原基,靠近基部的表皮细胞中表达。OsAUX2,OsAUX4和OsAUX5与AtLAX2进化保守,它们在初生根中的表达相似,在侧根表达有差异。在地上部,这5个基因的表达相似,都在茎的维管、叶肉细胞、颖壳、雌蕊和雄蕊中表达。OsAUX/LAX基因的表达受IAA、2,4-D、盐和镉胁迫诱导。(4)敲除突变体-9saux1表现对NAA无抗性,但对IAA和2,4-D有抗性。osaux1的主根在正常培养条件下比野生型长30%,OsAUX1超表达株系主根比野生型短30%,osaux1侧根密度减少,根毛长度变短。用外源高浓度生长素及极性运输载体抑制剂处理后发现,osaux1对IAA,2,4-D,NPA不敏感,而OsAUX1超表达株系对它们敏感；此外,osaux1株系表现向地性缺失。(5) OsAUX1在根毛发育中起作用。用IAA和2,4-D处理后osaux1株系的根毛不能回复到野生型长度,而NAA可以恢复其根毛长度。OsAUX1p::OsAUX1:GFP和 OsAUX1p::GUS转基因水稻表明OsAUX1在正在发育的根毛中表达。(6)该突变体对镉胁迫敏感。镉处理下osaux1突变体主根变短,侧根严重减少,根毛几乎不长,其原因可能是内源生长素、细胞周期和ROS共同作用的结果。本研究为生长素在水稻根系发育过程中分子机制提供了新的视角,为水稻根系改良提供理论和实践依据。