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生长素是植物激素中的一类结构比较简单的小分子激素,它参与到植物生长发育的各个阶段,例如植物的向性反应、顶端优势、花的分化以及叶脉的形成等。生长素在幼嫩的组织中合成后,通过韧皮部和细胞-细胞之间的运输方式运送到植物体的特定部位。其中生长素在植物体内的极性运输可使生长素在植物体内(例如根尖)以一定浓度梯度的形式存在,而生长素的这一特性决定了植物生长发育的许多过程。植物体在不断的生长发育过程中形成特定的组织和器官,而微丝骨架参与调节其中众多生理过程,包括细胞形态建成、物质运输、以及信号转导等,微丝骨架的结构和动态会受到一系列微丝结合蛋白(ABPs,actin binding proteins)的调控。Fimbrin是一类微丝成束/交联蛋白,拟南芥基因组中含有5个Fimbrin成员:FIM1-FIM5,其中AtFIM4和AtFIM5已经被证明参与调控花粉萌发和花粉管极性生长,二者在功能上既有分工,又有合作。在前期工作的基础上,我们进一步发现AtFIM4和AtFIM5同时缺失后,拟南芥幼苗表现出了一系列与生长素相关的表型。因此,在本课题中我们主要以野生型和atfim4/atfim5双突变体为实验材料,通过细胞生物学、分子生物学以及遗传学方法初步探索到AtFIM4和AtFIM5参与调控根中生长素的运输和分布。具体研究结果如下:1.双突变体的主根明显变长、根尖分生组织变大、侧根明显增多与野生型相比,atfim4和atfim5单突变体主根长度没有显著变化,而双突变体的主根明显变长,而且主根根尖分生区长度也随之变长,分生区细胞的数目也是相应的增多,伸长区却没有差异;2.双突变体对外源激素的敏感性不同用不同浓度梯度的IAA和TIBA分别对野生型和双突变体进行处理,结果发现双突变体对外源激素的敏感性与野生型不同。IAA处理实验中,双突变体对低浓度IAA敏感性变弱而对高浓度IAA的敏感性增强;TIBA处理实验中,双突变体则一直表现为较强的敏感性;经过进一步组织透明,发现外源激素处理后,双突变体分生区长度的变化与野生型比没有差异,而它们伸长区长度的变化则表现出敏感性的差异;3.双突变体根伸长区细胞中的微丝成束现象不明显利用带有微丝活体荧光标记35s::Lifeact-EGFP的转基因野生型和双突变体株系观察根尖伸长区细胞中的微丝构象,发现双突变体细胞中微丝束明显减少,进一步加入低浓度和高浓度的IAA处理后,发现生长素可以促进微丝成束;4.AtFIM4和AtFIM5在拟南芥根中的表达情况通过对FIM4pro::GUS和FIM5pro::GUS转基因株系进行GUS组织化学染色,发现AtFIM4主要在根表皮细胞以及根尖分生组织静止中心附近、成熟区的维管组织中表达,AtFIM5主要在根尖分生组织静止中心附近大量表达;同时对FIM4pro::GFP-FIM4和FIM5pro::GFP-FIM5回补株系进行了组织定位的观察,结果表明AtFIM4和AtFIM5的组织定位情况与GUS化学组织定位基本一致;5.双突变体根尖生长素的分布发生变化对转基因株系DR5rev::3xVenus-N7在野生型和双突变体中的表达情况进行激光共聚焦扫描观察发现,双突变体根尖静止中心处荧光区域的亮度要比野生型的弱,面积也比野生型的小,说明AtFIM4和AtFIM5的缺失影响了根尖生长素的运输和分布;6.双突变体根细胞中的胞吞作用受到损害我们利用荧光染料FM4-64对野生型和双突变体根细胞的胞吞作用进行了检测,发现相比于野生型,双突变体中根细胞对FM4-64的内吞减少;7.双突变体中生长素输出载体PIN蛋白的表达量下降我们分别将双突变体与 PIN1-GFP、PIN2-GFP、PIN3-GFP、PIN4-GFP 和 PIN7-GFP进行杂交,目前分离得到了表达PIN7-GFP的纯合双突变体株系,和野生型相比,双突变体中PIN7-GFP的荧光水平下降;上述研究成果了证实拟南芥中AtFIM4和AtFIM5参与调控生长素介导的根的生长发育,丰富了人们对Fimbrin普遍功能的认识。