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葡萄糖是植物赖以生存的能量物质和结构物质,它不仅能够参与物质代谢过程为植物生长发育提供能量,还能作为信号分子调控植物生长发育过程。例如,高浓度的葡萄糖能够抑制拟南芥胚轴伸长、子叶伸展变绿以及早期幼苗发育。然而,对葡萄糖调控根生长发育的研究所知甚少。我们的研究发现葡萄糖可以抑制根,特别是根分生区的生长。植物的葡萄糖信号通常与植物激素信号交叉,形成网络共同调控植物的生长发育过程。在这篇论文里,我们应用生理生化、细胞学和遗传学等方法,证明葡萄糖通过ABA INSENSITIVE5(ABI5)调控生长素,进而抑制拟南芥主根生长。主要结果如下：1、葡萄糖通过减短分生区来抑制主根生长通过对葡萄糖处理下的拟南芥根进行显微观察,我们发现高浓度葡萄糖能够显著减短根分生区长度,而这种抑制作用具有剂量效应。葡萄糖通过增强分生区细胞向伸长区细胞分化的速率,促使更多的细胞向伸长区和成熟区细胞转化,使得分生区减短,从而抑制主根伸长。2、葡萄糖抑制根分生区生长素活性在高浓度葡萄糖的处理下,DII-VENUS标记株系指示的分生区生长素活性和GC-SIM-MS检测的根尖中生长素浓度都会随着葡萄糖浓度的增加而减少。这一结果表明葡萄糖能够抑制分生区生长素活性,从而抑制根分生区生长发育。3、葡萄糖通过降低PIN1蛋白聚集抑制分生区实验证明pinl突变体对高浓度葡萄糖导致的根分生区抑制的敏感性降低,表明葡萄糖对分生区的抑制作用部分通过PIN1来进行的。对PIN1蛋白在葡萄糖抑制的根分生区中的表达分析发现,葡萄糖能够抑制PIN1蛋白聚集,但是并不影响PINl基因转录。4、葡萄糖通过诱导ABI5抑制分生区突变体表型分析发现abi5-1突变体对高浓度葡萄糖导致的根分生区抑制的敏感性降低。而荧光实时定量PCR实验证明葡萄糖能诱导了根中ABI5基因转录。进一步利用我们构建的ABI5::GUS标记株系,又发现葡萄糖显著诱导了ABI5在根分生区中表达。而且我们构建的ABI5过表达株系35S::ABI5-GR也表现出分生区减短的表型。5、ABI5调控PIN1蛋白聚集分析我们获得的abi5-1PIN1::PIN1-GFP和35S::ABI5-GR PIN1::PIN1-GFP株系,发现在PIN1蛋白在ABI5过表达株系的根分生区的蛋白积累显著降低；反之,ABI5突变体则导致葡萄糖对PIN1蛋白水平的抑制减弱。因此,葡萄糖可以诱导根中ABI5基因表达,进而减少PIN1蛋白积累,使得根分生区中生长素量降低、导致根分生区正常的生长发育被抑制。