生長素運輸與擬南芥向光性生長和根發育調控研究

《生長素運輸與擬南芥向光性生長和根發育調控研究》是依託武漢大學，由呂應堂擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：生長素運輸與擬南芥向光性生長和根發育調控研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：呂應堂
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

已知生長素與植物向光性生長和根發育密切相關，但對其運輸調控機理及網路尚有待於深入研究。在前期研究中我們利用動物雌激素誘導激活標籤系統構建突變體庫並篩選獲得新的擬南芥突變體rre1，此突變體在雌激素誘導下表現為短主根少側根，研究表明是由RRE1超表達所致；而RRE1插入失活突變體的主根則較野生型根長側根多。此外，在雌激素存在下突變體還失去向光性生長。這些結果表明RRE1在擬南芥向光性生長和根發育中起重要作用。進一步分析證明RRE1可能通過調控HDZ1表達，進而影響生長素輸出蛋白PINs，改變生長素極性運輸，從而調控根的生長發育。因此我們計畫分析PIN家族成員（1-4和7）的作用，分離此調控信號網路新因子，研究生長素極性運輸信號網路，探索其在擬南芥向光性生長和根發育過程中的作用機制。通過研究，我們將發現並明確證明多個基因參與調控生長素極性運輸，並在擬南芥向光性生長和根發育過程中起重要作用。

結題摘要

生長素與植物根的發育和向光性生長密切相關，但對其運輸調控機理及網路尚有待於深入研究。在前期研究中我們篩選獲得突變體rre1，此突變體在雌激素誘導下表現為短主根、少側根和失去向光性生長，研究表明這是由RRE1超表達所致；而RRE1插入失活突變體的主根則較野生型長，而且側根也多。在現計畫中，我們對生長素運輸與擬南芥向光性生長和根發育調控進行了深入研究。我們發現rre1突變體的主根變短的效應不是由根尖靜止中心細胞分裂水平和分生區細胞的分裂引起的，確定RRE1（SRS5）基因是通過調控分生區細胞向伸長區細胞的轉化速度來調控分生組織大小和根的伸長。另外還發現該基因受生長素誘導，但細胞分裂素會抑制其表達。進一步分析發現，rre1中細胞分裂素應答因子ARR1和ARR12表達增強。對rre1 arr1 arr12三突變體的表型分析以及其對PIN的影響表明，RRE1（SRS5）的作用是由ARR1和ARR12所介導，而SHY2在RRE1調控的細胞分化中的作用是冗餘而非必需。 在對生長素信號網路其它因子分析中，我們證明，過表達IAA15能改變生長素穩態平衡。過表達株系表現為生長素降低的表型包括減弱的頂端優勢和向重力性反應。深入分析還證明IAA15是通過改變WOX5和PLT1的表達減弱根的幹細胞分化和減短分生區。同時，我們還對轉錄因子TIC調控分生區的機理進行了研究。實驗結果證明tic-2突變體通過影響PINs的表達，降低生長素含量，進而下調PLT1和PLT2的表達，最終導致分生區長度和分生區細胞數目減少。葡萄糖則是通過上調ABI5表達，進而抑制PIN1的表達和生長素水平，降低了分生區的長度和細胞數目。 生長素也影響側根起始。結合rre1各時期的側根統計和加減雌激素誘導RRE1（SRS5）的表達分析，結果表明此基因影響側根的起始。此基因的這種作用也是通過改變生長素的含量而實現。因為rre1根中的生長素減少，而外源生長素處理能回復rre1側根數目。進一步遺傳證據表明RRE1（SRS5）是通過抑制LBD16和LBD29的表達來影響側根起始。 藍光誘導莖的向光性生長，但根的生長反應是負向光性。我們的研究證明藍光在受體phot1的參與下，調控PID和PP2A表達，進而影響PIN3的分布。與生長素在植物莖的背光面積累不同，PIN3在根的向光面分布，使得生長素向向光面運輸並積累，導致根的負向光性