高等植物下胚轴伸长的调控机制

自然条件下,植物种子在地下萌发后需要穿透土层,才能吸收阳光开始光合作用并逐步进入自养阶段。双子叶植物种子萌发后主要借助下胚轴伸长来实现出苗,单子叶植物则依靠胚芽鞘的生长来破土。下胚轴的伸长速度及长度关系到植物能否破土出苗以及苗势,因此,下胚轴的伸长生长是植物生长发育的第一个关键阶段。本文综述了高等植物下胚轴的伸长过程、伸长的细胞学机制以及植物激素、环境信号和营养代谢状况调控下胚轴伸长的分子机制及其最新研究进展。     

拟南芥复制因子C亚基3在黄化苗下胚轴伸长生长中的作用

拟南芥遮光培养2．5d时,rfc3-1突变体黄化幼苗的下胚轴平均长度约比野生型植株黄化幼苗的下胚轴长27．5％。观察表明,相对于野生型复制因子C亚基3（replication factor C3,AtRFC3）基因突变体的下胚轴表皮细胞,特别是上部靠近子叶部分的表皮细胞,单细胞长度变长。将野生型RFC3基因转染到rfc3-1后,突变体恢复野生型表型,进一步说明RFC3在黄化苗的下胚轴伸长生长中有作用。     

隐花素在生长素调控拟南芥下胚轴伸长中的作用分析

以拟南芥野生型(Col-4)和隐花素双突变体cry1cry2为材料,研究不同光照条件下不同浓度吲哚乙酸(IAA)和IAA极性运输抑制剂氨基酞氨酸(NPA)对幼苗下胚轴伸长的影响。结果显示,低浓度IAA(10-7mol/L)可促进连续白光和红光下cry1cry2幼苗下胚轴伸长,而连续蓝光下cry1cry2下胚轴的伸长则受到抑制。蓝光下相同浓度的NPA对cry1cry2幼苗下胚轴伸长的抑制程度比野生型要小。RT-PCR分析结果显示,瞬时蓝光处理时IAA合成关键酶基因IGPS以及生长素应答基因IAA1和IAA5在cry1cry2突变体中的转录水平比野生型中要高。这表明隐花素可能部分通过调节IAA合成和/或IAA极性运输,介导蓝光调控拟南芥下胚轴的伸长。     

拟南芥下胚轴原生质体的膜片钳全细胞记录（简报）

建立了拟南芥下胚轴原生质体的膜片钳全细胞记录方法,观测到的全细胞电流主要是外向K＋电流,其对胞外K＋浓度具有一定的依赖性,并为K＋通道阻断剂Ba2 显著抑制,外源ATP和Ca2 分别对拟南芥下胚轴原生质体的全细胞外向K 电流有显著影响,表明拟南芥下胚轴细胞质膜外向K＋通道,可能通过蛋白磷酸化或Ca2 信使调控的机制,参与细胞信号转导。     

植物微管骨架参与下胚轴伸长调节机制研究进展

微管作为细胞骨架的重要成员,在植物生长发育过程中起重要作用。下胚轴作为研究细胞伸长的模式系统之一,其伸长受到多种信号的调节。该文综述了微管骨架在响应环境和生长发育信号调节下胚轴伸长过程中的作用及机制,旨在帮助读者深入理解微管骨架响应上游信号在植物下胚轴伸长中的作用机理。     

红光、远红光、钙及IAA对绿豆下胚轴切段伸长的影响

红光明显抑制黄化绿豆下胚轴切段的伸长,远红光则有部分逆转红光的作用。黑暗条件下加钙对切段具有与红光处理相同的抑制伸长效果。IAA可完全逆转红光的作用。     

红光抑制绿豆下胚轴伸长时富含羟脯氨酸蛋白质的含量变化

红光能增加细胞壁的Hyp含量和细胞各部分的Hyp／Pro,绿豆下胚轴切段伸长被红光抑制的程度与两者是正相关。环己酰亚胺和放线菌素D明显降低细胞壁的Hyp含量,提高WSFC和CWRSE中的Hyp／Pro,抑制切段伸长。香豆素不仅显著减少细胞壁的Hyp含量,而且降低WSFC和CWRSE中的Hyp／Pro,促进下胚轴伸长。α,α．二吡啶降低细胞壁的Hyp含量和WSFC中的Hyp／Pro,解除红光对切段伸长的抑制。EGTA、verapamil、La3 和A23187均可解除红光抑制切段伸长的作用,但对细胞壁的Hyp含量和细胞三部分蛋白质中Hyp／Pro影响较小。     

LaHY5基因对独行菜下胚轴低温伸长的影响

独行菜种子下胚轴伸长存在低温停滞现象,是研究温度对植物下胚轴伸长影响的良好材料。为了揭示下胚轴伸长相关转录因子HY5在独行菜下胚轴低温伸长中的作用,该研究从独行菜种子转录组中获得LaHY5序列,并进行了克隆、序列分析,通过实时定量PCR技术研究了该基因表达与低温诱导及萌发阶段的关系,并通过转化拟南芥分析该基因表达对下胚轴低温伸长的影响。结果表明:（1）LaHY5基因的cDNA序列包含447 bp的完整阅读框序列,其编码产物为富含丝氨酸的149个氨基酸组成的肽链,包含典型的BRLZ结构域,相对分子质量为16.830 kD,分子式为C₆₉₂H₁₁₅₆N₂₂₈O₂₄₆S₇,理论等电点为8.73,与十字花科植物同源序列高度一致。（2）LaHY5基因在独行菜萌发过程中的种子或幼苗中受低温诱导快速上调表达。（3）转LaHY5基因拟南芥种子在常温或低温条件下,下胚轴伸长均比野生型植株快。研究表明,LaHY5转录因子在种子低温萌发及幼苗耐受低温胁迫中起重要作用,但LaHY5基因并不是造成独行菜下胚轴伸长低温停滞的限制性因素。     

再谈禾谷类种子萌发过程中胚轴的伸长

本刊1985年第7期上曾刊登过“种子萌发过程中胚轴的伸长”一文,其中对禾谷类作物种子萌发时胚轴的伸长情况谈得很简单。其后又陆续进行了一些与此有关的试验和观察,现将结果整理介绍如下,作为对前文的一点补充。 (一)禾答类作物胚轴的伸长类型     

PHOT2介导拟南芥下胚轴向光弯曲调节子的筛选与鉴定

向光素(PHOT1和PHOT2)功能冗余调节单侧强蓝光诱导的拟南芥(Arabidopsis thaliana)黄化苗下胚轴向光弯曲表现功能冗余,限制了人们对PHOT2信号转导机制的深入研究。通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变拟南芥phot1突变体,避开PHOT1基因的干扰,寻找PHOT2下游信号分子。研究结果表明,已成功筛选到1株遗传稳定的下胚轴向蓝光不弯曲突变体。遗传分析结果显示,该突变体可能是PHOT2下游信号分子突变,将其命名为p2sa1(phototropin2 signaling associated1)。用100μmol·m–2·s–1强蓝光单侧照射,phot1p2sa1下胚轴向光弯曲缺失,呈现phot1phot2双突变的表型,然而phot1p2sa1在强蓝光下叶绿体避光正常,明显不同于phot1phot2。实验证实P2SA1可能位于PHOT2的下游,参与调节PHOT2介导的拟南芥下胚轴向光弯曲反应。     

拟南芥ABI5基因对BR胁迫响应及其对下胚轴生长的调节作用

植物脱落酸不敏感蛋白5(abscisic acid-insensitive 5,ABI5)是种子中大量表达的碱性亮氨酸拉链类型(basic leucine zipper,bZIP)转录因子,在调节种子萌发和幼苗早期生长的脱落酸(abscisic acid,ABA)信号中起着核心作用.油菜素内酯(brassinoster...     

生长素、乙烯和一氧化氮对拟南芥下胚轴插条形成不定根的调节

研究生长素、乙烯和一氧化氮（NO）对拟南芥下胚轴插条形成不定根的调节,以及生长素和乙烯信号转导成员在IAA促进不定根形成中的作用的结果表明：拟南芥切条以IAA和硝普钠（N0供体）单独处理7d后的不定根形成均受到促进,其中以50μmol·L^-1 IAAμmol·L^-1 SNP的促进作用为最强,乙烯的促进作用不明显;生长素运输和信号转导以及乙烯信号转导相关突变体对IAA促进生根作用的敏感性比野生型有所下降,特别是IAA14功能获得型的突变体。IAA和NO在促进不定根形成中有协同效应。     

寡聚半乳糖醛酸对2,4-D引起的黄瓜下胚轴伸长的抑制(简报)

10多年来的研究认为寡聚糖作为信号分子激发了植物的抗病基因的表达,如能调节生产植物蛋白酶抑制物和植保素,触发过敏反应。近期研究还发现寡聚糖具有调节植物生长、发育的功能,这些具有调节功能的寡     

拟南芥QUA1基因在光信号途径中的表达与功能分析

光信号在植物生长发育过程中具有非常重要的作用。不同的光信号通过调节植物下游基因的表达,进而影响细胞分化、结构和功能的改变,以及组织和器官的形成,参与植物光形态建成。QUA1 (QUASIMODO1)是拟南芥糖基转移酶家族中的一个成员,参与植物细胞壁中果胶的合成。本文以拟南芥qua1-1/cry1以及qua1-1/phyB双突变体为材料,对QUA1基因在光信号途径中的功能进行了分析。结果显示,qua1-1突变体在暗、蓝光、红光以及远红外光培养条件下下胚轴的伸长均受到抑制,QUA1基因的表达同样受到光信号的调节,而且突变体中多种光信号调节基因的表达也受到了影响。通过对qua1-1突变体下胚轴的观察发现,突变体下胚轴表皮细胞长度明显变短。与cry1以及phyB突变体相比,qua1-1/cry1和qua1-1/phyB双突变体下胚轴长度明显变短,而且双突变体中光信号调节基因的表达也有明显变化,表明QUA1可能参与了CRY1以及PHYB介导的蓝光及红光信号传导。以上结果表明QUA1影响了下胚轴细胞的伸长以及光信号调节基因的表达,并参与调控多种光信号传导途径。     

慈菇下胚轴毛的形态发育研究

慈菇种子萌发前,下胚轴基部的表皮细胞分化成生毛细胞。当下胚轴穿出种皮约1—2毫米时,生毛细胞的外壁向外突出,形成下胚轴毛。开始时,其顶端膨大,呈分泌毛状,后呈根毛状。下胚轴毛的主要功能是起固着作用。下胚轴毛发育后期,在其保留细胞核的膨大的基部和突起的毛状体之间形成一细胞壁,此时毛状体便开始萎缩脱落。下胚轴毛的基部重新形成完整的表皮细胞。     

蔗糖诱导拟南芥幼苗胚轴维管束细胞数量增多

为揭示蔗糖能否引起植物胚轴维管束细胞数量增多,将拟南芥播种于添加88mmol·L-1蔗糖和不添加糖的MS培养基上,对生长在不同培养基上的幼苗胚轴横切,显微镜下统计切片上维管束细胞数量。结果显示,与不加糖相比,加糖条件下萌发4d后幼苗维管束细胞总数增加约70％,维管薄壁细胞和导管分子都增加100％以上,筛管分子增加约90％,中柱鞘细胞数量不变。显然,蔗糖不仅使维管束薄壁细胞数量增多,也使筛管分子和导管分子数量增多。因此认为,添加蔗糖对拟南芥幼苗胚轴维管束具有双重效应,既引起维管薄壁细胞增殖,又促进维管薄壁细胞分化,从而使导管分子和筛管分子数量增多。     

红光抑制绿豆下胚轴伸长时富含羟脯氨酸蛋白质的含量变化

红光能增加细胞壁的Ｈｙｐ含量和细胞各部分的Ｈｙｐ／Ｐｒｏ,绿豆下胚轴切段伸长被红光抑制的程度与两者呈正相关。环己酰亚胺和放线菌素Ｄ明显降低细胞壁的Ｈｙｐ含量,提高ＷＳＦＣ和ＣＷＲＳＥ中的Ｈｙｐ／Ｐｒｏ,抑制切段伸长。     

低温下的绿豆下胚轴细胞超微结构变化

采用透射电子显微镜观察经10℃低温处理2d的绿豆下胚轴细胞超微结构变化的结果表明,细胞受到不同程度的伤害,其中大部分细胞的损伤是可逆的而非致死性的,如内质网膜模糊和呈颗粒状;线粒体呈现不同程度的膨胀,其数量增加,且聚集分布在内质网和高尔基体附近,核糖体聚集成为多聚核糖体等。也有小部分细胞受到的伤害是致死性的,如细胞质电子密度显著升高,质体中淀粉粒过度积累,内质网和高尔基体膨胀和解体,小液泡频繁吞噬细胞质和细胞器,细胞自溶死亡等。     

被子植物下胚轴细胞伸长的分子机理

作为一种正常的生命现象, 植物下胚轴伸长是长期自然选择的结果, 也是植物进行光合作用、实现自养的必要前提。但下胚轴过度伸长容易造成幼苗徒长, 使植株长势弱, 抗逆能力差, 不利于产量提高和品质改良。该文综述了被子植物下胚轴的发育过程、下胚轴伸长的细胞学机制、植物激素及环境信号调控下胚轴细胞伸长分子机制的最新研究进展, 并展望了未来的研究方向。