光不仅为植物进行光合作用提供直接的能量来源,而且也作为重要环境信号,参与到调控植物生长发育各个方面。在自然条件下,植物幼苗地上部分以及生长于暗处的根部均能够感受外界环境的光质变化,通过调控下胚轴向性运动以及促进根部生长发育等完成幼苗形态建成,提高其环境适应性。植物的主根能够参与到植物的固着生长、营养及水分吸收和储存,以及植物与土壤微环境的互作等各种生物学过程,对植物自身的生长发育至关重要。目前,人们对于光照促进根部伸长的机制以及光照如何与其它信号互作协同调控植物根部生长发育的机制还不清楚。鉴于光照对植物根生长发育的影响,我们进行了黑暗培养条件下根生长发育突变体的筛选。类黄酮物质可以储存在种子中,对于种子抵御外界各种刺激伤害,保证植物的正常生长发育有至关重要的作用。为此,我们以类黄酮合成相关基因对应的突变体为材料,进行暗培养根生长发育差异表型筛选,成功获得暗培养条件下表现根长优势的rld1突变体。rld1突变体除表现暗处根生长优势外,还表现为黄化幼苗子叶展开,暗示转录因子RLD1在抑制暗培养拟南芥主根生长,子叶伸展等方面起调节作用。细胞学观察发现基因RLD1突变导致主根伸长可能是由于根尖分生区增大、分生区细胞数目增多。RLD1(root length-related in the dark)是WD40-repeat类转录因子,不仅是控制植物花青素合成的关键因子,也参与调控植物种皮颜色、表皮毛及根毛细胞命运等生物学过程。我们发现强蓝光诱导拟南芥野生型花青素积累依赖外源糖,而突变体rld1缺失强蓝光诱导的花青素积累,暗示RLD1调控主根伸长可能和糖的吸收利用具有直接关系,而和花青素的积累关系不大。一致的是,在无糖培养基上生长的rld1突变体幼苗,与WT相比,并不存在根长和子叶伸展优势。通过外源不同糖处理,证明真正对rld1突变体根生长起促进作用的是蔗糖,而非葡萄糖或果糖。分别对黄化幼苗进行子叶和根部供糖,发现只有种子在有糖培养基上萌发,才能很好的支持根生长,并且若保证子叶接触糖,则可以促进rld1突变体子叶伸展。综上所述,种子萌发阶段充足的蔗糖供应是rld1暗培养条件下表现出根伸长表型的必要条件。我们推测是由于rld1突变体在种子萌发阶段对蔗糖的吸收利用能力增强,从而促进根伸长。为了验证此推测,我们分析了在暗处理条件下不同时期一些糖吸收和转运载体(SUS,SUC,SWEET系列)在rld1突变体中的表达量情况,我们发现在萌发初期的rld1突变体中,其中SWEET1,SWEET3,SWEET7,SWEET8,SWEET9,SWEET10,SUS6,和SUC9的表达量明显升高,说明在这一时期,糖吸收和转运载体对糖的吸收和转运能力增强,从而促进根伸长。为了探讨糖促进rld1突变体根生长的可能机制,我们在培养基中分别加入各种糖抑制剂TOR途径抑制剂雷帕霉素(RAPA),电子传递链抑制剂抗霉素A(AMA),线粒体解偶联剂B,D-二硝基苯酚(DNP),糖酵解抑制剂2-脱氧-D葡萄糖(2-DG)后,发现在黑暗培养条件下rld1也丧失了根伸长优势。由于加入这些糖抑制剂后,植物体吸收糖后对糖的利用出现了障碍,使WT与rld1的根长趋于无差异。活性氧含量的动态平衡对于维持主根分生区与伸长区细胞分裂及细胞分化平衡具有重要作用。为了鉴定活性氧含量变化在rld1根生长中的贡献,我们分别利用DAB及NBT组织化学染色法对rld1主根部位H2O2及超氧阴离子的含量进行检测,发现黑暗培养条件下rld1幼苗主根部位H2O2及超氧根离子含量均较WT明显增加,且超氧阴离子含量增加更为显著。暗示RLD1可能通过控制根尖部位活性氧含量及其动态平衡参与调控主根伸长。当在培养基中加入适当浓度的还原剂谷胱甘肽GSH,二硫苏糖醇DTT,原花青素PA,或在正常培养基中去除糖,这些处理均可降低rld1中的活性氧含量,从而使rld1丧失根伸长优势。当加入外源激素ABA后,也能抑制rld1根的伸长。综上所述,转录因子RLD1能够通过介导光信号及糖信号对植物主根伸长进行调控。RLD1基因突变可以导致根尖分生区增大从而导致主根伸长。rld1突变体在黑暗条件下的有糖培养基上通过对糖的高吸收利用表现出主根伸长的表型。RLD1可能通过调控植物体内活性氧动态平衡来介导根伸长。对于RLD1作用机制的研究有助于解析光信号及糖信号对植物主根伸长作用的分子机制,对于解释植物由异养向光能自养的过渡中植物形态建成的调控机理具有重要意义。