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水杨酸(Salicylic Acid,SA)是植物的主要激素之一,参与调控植物的抗病免疫反应。在受到病原体侵染时,植物体能够通过异分支酸合成酶(isocho-rismate synthase,ICS)途径或苯丙氨酸裂解酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)途径迅速合成大量的信号分子SA。SA水平的升高使细胞质中的SA结合蛋白NON-EXPRESSOR of PATHOGENESIS-RELATED GENES(NPR1)由聚合状态分解为单体状态,NPR1单体穿过核膜进入细胞核,与细胞核内的转录因子Thioglycolic Acid(TGA)等相结合,从而诱导抗病相关基因(Pathogenesis related gene,PR)进行表达,发挥免疫功能;另外,当植物受到非生物胁迫时,SA也能够通过调控下游基因的表达,使植物免受胁迫的伤害。最近的一些研究表明,SA除了参与植物的抗病免疫反应,还参与到植物的一系列生长发育过程,如种子萌发、营养生长、光合作用、呼吸作用、花器官的形成、种子产生、衰老等。本研究发现,SA能够调控侧根的生长发育。外源施加SA后,可见侧根(Lateral Root Emergence,LRE)及总的侧根(Total Lateral Root,Total LR)密度都相应降低。通过进一步对 SA响应基因Pcthogenesis related gene l(PRl)和Pathogenesis related gene 2(PR2)的过表达和突变体材料的表型分析,我们发现SA能够通过PR1和PR2抑制侧根的生长发育过程。根系是植物体重要的营养器官之一,起着吸收水分、养分和无机盐,输导营养、固有植物体等作用。主根在胚胎发生的过程中开始发育,而侧根的发生属于胚后发育。研究发现,侧根的生长发育与生长素密切相关,生长素几乎涉及侧根发育的第个过程。生长素响应因子ARF7(Auxin Response Factor 7)和 ARF19(Auxin Response Factor 19)在侧根的发生过程中起着正调控的作用。ARF7和ARF19 通过与 INDOLE-3-ACETICACID INDUCIBLE 14(IAA14)相互作用,调控 LATERAL ORGANBOUNDARIES-DOMAIN 16/ASYMMETRIC LEAVES2-LIKEl8(LBD16/ASL18)的转录表达,参与侧根的生长发育。本文通过对arf7突变体外源施加SA发现,与野生型Col相比,arf7突变体对SA表现出更敏感的表型,暗示SA抑制的侧根的发生可能与生长素有关。进一步研究发现,arf7突变体中SA响应基因PR1和PR2的表达量比野生型对照明显提高。与之对应,ARF7过表达转基因植株中PR1和PR2的表达量却明显降低,说明ARF7调控的侧根的生长发育,一部分可能是通过抑制PR1和PR2的表达来实现的。进一步通过原生质体瞬时转化实验和酵母单杂交实验证明,ARF7并不与PR1和PR2的启动子直接结合,说明ARF7对PR1和PR2的转录调控可能是一个间接的过程。另外,乙烯也是调节植物生长发育的一种重要激素,参与种子萌发、主根及侧根的发育、果实成熟等调控过程。已有的研究表明,不同浓度的乙烯对侧根的影响不同。1-氨基环丙烷-1-竣酸(1-aminocyclopropane-l-carboxylic acid,ACC)是乙烯的直接前体,高浓度的ACC能抑制侧根的发育,而低浓度的ACC则促进侧根发生。我们的实验体系也证明,较低的ACC浓度(50nM)的确能促进侧根的发生。乙烯合成关键基因 1-AMINOCYCLOPROPANE--1-CARBOXYLATE SYNTHASE(ACS)的突变体及信号途径中关键的转录因子 ETHYLENE-INSENSITIVE3(EIN3)和 ETHYLENE-INSENSITIVE3-LIKE 1(EIL1)的双突变体ein3/eill,都表现出对SA抑制侧根发生敏感性的降低。说明,SA可能通过影响了乙烯的合成或信号传导,参与对侧根发生的抑制。荧光定量PCR的结果表明SA能抑制AGS5和ACS9的表达,但是对PR1和PR2过表达植株中ACS5和XGS9的表达量进行检测,结果并没有明显变化,这说明SA对ACS5和ACS9的抑制不是通过SA信号通路的响应因子PR1和PR2实现的。综上所述,本研究初步发现了 SA影响侧根生长发育的分子机理:一方面SA通过PR1和PR2来抑制侧根的发育,而生长素信号途径中的ARF7则抑制PR1和PR2的表达来实现对侧根发育的促进作用;另外,SA又能通过抑制乙烯的合成来间接影响侧根。本研究说明SA可能通过和生长素及乙烯的信号互作,调控侧根的生长发育。