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根系不仅能够为植物提供水分和养分,而且还能够通过感受土壤中的环境信号影响植物的生长发育,因而对整个植株具有非常重要的作用。而位于根尖的分生区细胞持续快速分裂,可为植物根系提供源源不断的新细胞,并最终决定植物根系的构型。
生长素广泛参与了胚的发育、根系发育、顶端优势、生殖器官发育等各个方面,在植物的生长过程中起着极其重要的作用。生长素能够调控根尖细胞的分裂、伸长以及分化等,与根的发育有密切的关系。通过拟南芥生长素响应芯片分析,我们筛选到一个编码含有Wali7结构域的蛋白编码基因ASR,本文对其表达模式、功能及其作用机理进行了研究,结果如下:
(1)利用qRT-PCR方法对ASR的表达模式进行分析,发现ASR在WT中主要是在地上部表达,在根部表达量很低。通过ASR启动子驱动的GUS染色情况分析,发现该基因在萌发3-5d内,在子叶内表达量较高,但随着萌发时间的延长,表达量下降,而在根部几乎检测不到GUS着色。说明ASR主要在幼苗的子叶内表达。生长素IAA处理6h,12h,24h后,ASR的表达量和pASR: GUS着色上调,说明ASR的表达受生长素诱导。同时qRT-PCR结果还表明,ASR的表达也受甘露醇和AlCl3的诱导。
(2)通过植物材料培养,发现ASR超表达拟南芥在整个生长过程中均有主根显著变短的表型,且造成晚花。
(3)利用显微镜观察,初步发现ASR超表达植株主根从根尖顶端到长出第一根根毛的距离明显短于WT,同时细胞分裂标记基因CycB1;1驱动的GUS活性在35S:ASR中显著降低,说明ASR超表达植株的根尖细胞分裂活性降低,分生区减小。
(4) qRT-PCR的检测结果表明,在35S:ASR中PLT2的表达水平减低到WT的40%左右,说明ASR超表达后抑制主根生长与下调PLT2引起根尖干细胞活性降低有关。
(5)通过对35S: ASR与DR5:GUS杂交植株的生长素报告启动子驱动的GUS活性分析,发现在35S: ASR中GUS活性显著降低。利用qRT-PCR方法检测发现在35S: ASR根尖中生长素合成的两个关键基因TAA1,YUCCA2的表达量下调,而一些生长素运输载体基因(如PIN1,PIN2,PIN7)的表达量没有发生变化。说明ASR超表达与根尖自身生长素的合成抑制有关。
(6)进一步用不同浓度的IAA以及NAA对WT和35S: ASR植株进行处理,发现随着生长素处理浓度的升高,WT的主根受抑制程度逐渐加强,而35S: ASR的主根在生长素浓度高于0.4μM时仍没有受到明显抑制。并且用低浓度的生长素同时处理WT和35S: ASR后,35S:ASR的根长和开花时间与WT基本一致。进一步说明ASR超表达与根尖生长素的积累减少有关。