Rabdosinate调节生长素极性运输蛋白PIN1、PIN3和PIN4抑制拟南芥幼苗根生长

利用3种拟南芥生长素极性运输外运载体突变体及4种转基因株系研究了二萜rabdosinate抑制拟南芥幼苗主根及侧根生长的作用机制。结果显示,60~80 μmol·L^-1的rabdosinate显著抑制野生型拟南芥幼苗主根生长及侧根形成,而对突变体pin1、pin2和pin3主根未显示明显的抑制效应,对侧根的抑制减弱;发现rabdosinate （60~80 μmol·L^-1）引起生长素报告株系根尖DR5活性升高,并增加融合蛋白PIN1-GFP丰度以及减少PIN3-GFP和PIN4-GFP的丰度。推断rabdosinate可通过增加PIN1丰度促进了根部生长素向顶运输,而减少PIN3丰度降低根尖部生长素的横向转运,引起了生长素在根尖部的累积及生长素浓度梯度的改变,进而抑制幼苗主根生长及侧根发育。     

Leukamenin E调节拟南芥幼苗生长发育的模式及其机制

研究对映-贝壳杉烷型二萜化合物Leukamenin E对拟南芥种子萌发、下胚轴伸长以及根生长发育的作用模式,并探讨植物激素生长素和乙烯可能介导Leukamenin E影响拟南芥主根生长、侧根和根毛发育的初步机制。结果表明:Leukamenin E浓度在10~160μmol·L~(-1)范围对拟南芥种子的萌发率无显著影响,但高浓度Leukamenin E(80~160μmol·L-1)显著抑制种子的萌发速率。Leukamenin E对拟南芥幼苗根生长的抑制作用明显高于对下胚轴的抑制效应。进一步研究表明,Leukamenin E通过阻滞根尖细胞有丝分裂和细胞伸长进而抑制主根的生长,并能促进侧根提前发生并影响其形成数量,同时减少根毛密度及降低根毛长度。Leukamenin E联合乙烯利(乙烯释放剂)处理可阻止乙烯利单独使用对拟南芥幼苗根毛生长的促进作用,与Ag+(乙烯竞争抑制剂)联合乙烯利的作用效果相一致,表明Leukamenin E可能通过干扰根细胞乙烯途径而抑制根毛发育。流动注射化学发光分析和酶联免疫检测的结果发现,Leukamenin E显著上调拟南芥幼苗根组织中生长素(IAA)水平,表明生长素可能作为主要因子介导了Leukamenin E对拟南芥幼苗根生长发育的调节作用。     

头孢霉素对拟南芥主根生长发育的影响

以拟南芥野生型和相关转基因株系为材料,设置0、50、100、200和400μg/mL头孢霉素处理,考察头孢霉素对主根伸长生长、根尖分生组织活性、生长素分布运输以及干细胞活性的影响,探究头孢霉素对拟南芥主根生长发育的毒性作用机制。结果显示:(1)头孢霉素能以浓度依赖的方式抑制拟南芥主根的生长,并抑制分生组织长度和CYCB1;1基因的表达,说明它能抑制根尖分生组织活性。(2)头孢霉素能降低根尖生长素报告基因DR5∷GUS、DR5∷GFP和生长素极性运输蛋白PIN1、PIN2、PIN3、PIN7和AUX1的表达,说明它能抑制根尖生长素的分布和极性运输。(3)头孢霉素能下调根尖静止中心标记系WOX5∷GFP、QC25和QC46的表达,以及SHR和SCR蛋白的表达,说明它能抑制根尖干细胞活性。研究表明,头孢霉素能通过抑制根尖分生组织活性、生长素的分布和极性运输以及干细胞活性,从而调节拟南芥主根的生长发育。     

铝胁迫对拟南芥根尖AtPIN2蛋白表达活性的影响

铝胁迫能影响根尖生长素的运输,这与生长素运输载体密切相关,PIN2作为根尖生长素的运输蛋白,其独特的组织定位可能诱导PIN2蛋白参与了铝调节生长素的运输过程。该研究以拟南芥PIN2缺失突变体(pin2)、PIN2□∷□GFP融合体及其野生型(WT)为材料,应用激光扫描共聚焦显微技术,研究铝处理对拟南芥根尖生长素运输蛋白PIN2的表达活性、蛋白在组织及亚细胞水平分布及其对铝内置化作用的影响。结果表明:短期铝处理或低铝浓度能明显增加拟南芥根尖细胞PIN2蛋白表达活性,而长期铝处理或高铝浓度抑制其表达活性;以100μmol·L-1Al Cl3处理4 h的蛋白表达活性最高。蛋白印迹反应发现,铝处理促进PIN2蛋白在细胞膜上累积,减少胞内囊泡中PIN2蛋白的含量;囊泡运输抑制剂(BFA)能抑制铝诱导PIN2蛋白的分配。铝胁迫增加拟南芥根尖细胞H2O2累积,pin2的H2O2累积量大于WT,而相对根长小于WT。Morin染色结果显示,pin2的铝内置化显著小于WT。上述研究表明,PIN2蛋白在100μmol·L-1Al Cl3处理条件下活性最高,细胞膜累积程度加强,铝内置化能力增强,从而调节根系的生长发育。该研究结果进一步为铝抑制生长素的运输机制提供了理论基础。     

ABI4调控侧根发育研究(综述)

生长素是调控植物侧根发育的关键植物激素,生长素运输载体PIN蛋白介导其极性分布。ABI4抑制生长素极性运输蛋白基因PIN1的表达,影响生长素的极性运输,抑制侧根形成。本文概述ABI4转录因子调控侧根发育的研究进展。     

铝胁迫对拟南芥根尖ＡｔＰＩＮ２ 蛋白表达活性的影响

铝胁迫能影响根尖生长素的运输,这与生长素运输载体密切相关,PIN2作为根尖生长素的运输蛋白,其独特的组织定位可能诱导PIN2蛋白参与了铝调节生长素的运输过程。该研究以拟南芥PIN2缺失突变体( pin2)、PIN2□∷□GFP融合体及其野生型( WT)为材料,应用激光扫描共聚焦显微技术,研究铝处理对拟南芥根尖生长素运输蛋白PIN2的表达活性、蛋白在组织及亚细胞水平分布及其对铝内置化作用的影响。结果表明：短期铝处理或低铝浓度能明显增加拟南芥根尖细胞PIN2蛋白表达活性,而长期铝处理或高铝浓度抑制其表达活性;以100μmol?L-1 AlCl3处理4 h的蛋白表达活性最高。蛋白印迹反应发现,铝处理促进PIN2蛋白在细胞膜上累积,减少胞内囊泡中PIN2蛋白的含量;囊泡运输抑制剂( BFA)能抑制铝诱导PIN2蛋白的分配。铝胁迫增加拟南芥根尖细胞H2 O2累积,pin2的H2 O2累积量大于WT,而相对根长小于WT。 Morin染色结果显示,pin2的铝内置化显著小于WT。上述研究表明,PIN2蛋白在100μmol?L-1 AlCl3处理条件下活性最高,细胞膜累积程度加强,铝内置化能力增强,从而调节根系的生长发育。该研究结果进一步为铝抑制生长素的运输机制提供了理论基础。     

苹果生长素输入载体MdAUX1的基因克隆及在拟南芥和烟草中的遗传转化

生长素的极性运输对调节植物生长发育起重要作用。生长素转运蛋白调控生长素的极性运输。本研究从‘嘎啦’(Malus×domestic‘Royal Gala’)苹果中克隆了生长素输入载体基因Md AUX1(基因序列号:MDP0000384437)。序列分析表明,该基因包含长为1 443 bp完整的开放阅读框,编码含有480个氨基酸的蛋白。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明,AUX1在不同物种间具有高度的序列保守性,其中,苹果Md AUX1与欧洲甜樱桃Pa AUX1亲缘关系最近。半定量PCR分析显示,Md AUX1在苹果的茎中表达量较高。通过农杆菌介导的遗传转化获得转Md AUX1基因的拟南芥和烟草。转基因拟南芥根系表型观察结果显示,Md AUX1基因在拟南芥中异位表达后,会抑制主根伸长,促进侧根形成;在外源NAA处理下,转基因拟南芥对主根伸长的抑制作用得到部分恢复。在烟草中过量表达Md AUX1基因能够显著促进植株地上部分生长。以上结果说明苹果Md AUX1基因在调节植物生长发育中发挥重要作用。     

黄腐酸对水稻幼苗根系生长的影响及其与生长素的关系北大核心CSCD

该研究以水稻品种‘宁粳6号’为材料,通过外源使用黄腐酸(FA)与生长素抑制剂共同处理水稻,探究FA对水稻根系生长的影响及其与生长素之间的关系。结果表明:(1)50~800 mg·L^(-1) FA处理水稻幼苗6 d后,当FA浓度超过100 mg·L^(-1)时显著促进水稻种子根的伸长生长;FA浓度超过400 mg·L^(-1)时,与对照组相比水稻的平均侧根长和侧根密度显著增加。(2)与对照相比,低浓度FA处理对水稻幼苗根尖生长素的含量无显著影响,但400 mg·L^(-1) FA处理后显著提高了内源生长素的含量。(3)3μmol·L^(-1)生长素合成抑制剂4-联苯硼酸(BBo)、4-苯氧基苯基硼酸(PPBo)或30μmol·L^(-1)生长素信号转导抑制剂2-(对-氯苯氧)-异丁酸(PCIB)处理均可显著抑制水稻根和侧根的发生;1μmol·L^(-1)生长素极性运输抑制剂三碘苯甲酸(TIBA)可显著抑制水稻种子根的伸长生长与侧根发生,但对侧根长度无显著作用。(4)FA与BBo或PPBo共同处理可显著抑制FA对水稻根系伸长生长与侧根发生的促进作用;TIBA和PCIB分别和FA共同处理水稻,可显著抑制FA对种子根伸长生长的促进作用,且PCIB可显著抑制FA对侧根发生的促进作用,但TIBA对此没有显著影响。研究发现,外源FA可能通过调控植物内源生长素的合成、极性运输或信号转导来调控水稻根的伸长生长和侧根的发育。     

生长素输出载体PIN家族研究进展

生长素极性运输调控植物的生长发育。生长素极性运输主要依赖3类转运蛋白: AUX/LAX、PIN和ABCB蛋白家族。生长素在细胞间流动的方向与PIN蛋白在细胞上的极性定位密切相关。PIN蛋白由1个中心亲水环和2个由中心亲水环隔开的疏水区组成。中心亲水环上含多个磷酸化位点, 其为一些蛋白激酶的靶点。PIN蛋白受多方面调控, 包括转录调控、转录后修饰以及胞内循环与降解, 以响应内源和外源信号。目前, 利用全基因组测序方法在禾谷类作物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中分别鉴定出12、15和11个PIN基因, 但仅有少数PIN基因的功能被报道。该文从蛋白结构、活性调控和功能验证等方面综述了PIN蛋白在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物中的研究进展, 以期为探究PIN蛋白家族介导的生长素极性运输过程提供新的思路与线索。     

AtPIN2基因通过影响根尖抗氧化能力参与拟南芥耐铝响应

PIN2是根尖生长素运输的重要蛋白,PIN2基因的差异表达是否影响植物耐铝性并不清楚。本文以不同At PIN2表达水平的拟南芥为材料,研究了At PIN2差异表达对拟南芥耐铝性的影响。结果表明,铝处理明显增强拟南芥根尖0~5 mm区域At PIN2基因的转录表达,与对照相比,其表达量增加了80%。铝能诱导PIN2蛋白在根尖细胞膜水平方向累积,并且呈束状分布。通过分析不同At PIN2表达材料的耐铝性,发现在铝处理条件下,PIN2缺失突变体(pin2-ko)的根系伸长速率显著小于PIN2超表达(PIN2-OX)和野生型材料(Col);并且,pin2-ko累积较多的活性氧;pin2-ko的SOD、CAT和APX活性以及GSH含量均显著低于PIN2-OX。上述结果表明,At PIN2表达差异影响拟南芥耐铝性,敲除At PIN2导致其对铝毒更敏感,其机理可能是At PIN2通过影响根尖抗氧化能力参与拟南芥耐铝响应。     

8-甲氧基二氢血根碱化感潜能的评估

以莴苣幼苗为材料,检测了分离自细果角茴香的生物碱对莴苣幼苗根生长及根毛发育的影响。结果表明:50~200μmol·L-1浓度范围内,8-甲氧基二氢血根碱对莴苣幼苗根长显著抑制;10、20和30μmol·L-18-甲氧基二氢血根碱对莴苣幼苗根毛的长度和数量有显著的抑制作用,且抑制作用均表现了浓度依赖性。通过对莴苣根尖细胞有丝分裂研究发现,50μmol·L-1的8-甲氧基二氢血根碱能显著抑制根尖细胞的有丝分裂,而且莴苣幼苗净增值率与根尖细胞的有丝分裂之间呈正相关,证明8-甲氧基二氢血根碱主要通过抑制根尖细胞有丝分裂对莴苣根的生长产生影响。     

生长素对水稻锰积累及毒害的效应

为明确生长素与水稻锰毒及抗性的关系,揭示水稻锰毒调控机制,该文采用水培方法研究了锰胁迫对水稻根尖游离生长素含量的影响及外源生长素萘乙酸对水稻幼苗锰吸收、积累和毒害的影响。结果表明:(1)在2 000μmol·L~(-1)MnCl_2溶液中培养的水稻,根尖游离吲哚乙酸含量显著下降,仅为对照处理的47.7%;水稻根相对伸长率也显著减少,降至对照处理的71.1%。(2)在锰溶液中添加生长素极性运输抑制剂萘基邻氨甲酰苯甲酸(NPA)后,根尖锰含量显著增加,达到了对照处理的1.5倍。(3)在锰溶液中添加萘乙酸后,虽然根尖细胞壁锰含量与对照处理间的差异不显著,但是水稻根相对伸长率显著降低,而植株锰吸收量、根尖锰含量、根尖细胞液中锰的分配比均显著增加;茎基部浸入锰溶液中的离体稻株叶片中的锰含量也在加入萘乙酸后显著提高;在锰胁迫下,添加外源萘乙酸后,水稻根尖OsYSL2、OsYSL6及OsMTP8.1的表达均显著增加。综上结果说明,过量的锰显著抑制水稻根伸长,降低水稻根尖游离态生长素水平,而生长素参与调控水稻对锰的吸收、转运及毒性。     

黄芪幼苗根系生长发育与GR24和IAA的关系北大核心CSCD

为探究独脚金内酯和生长素对黄芪根系生长发育的影响,该研究以膜荚黄芪和蒙古黄芪幼苗为材料,在种子萌发袋中添加不同浓度GR24和IAA(2μmol·L^(-1) GR24、5μmol·L^(-1) IAA和2μmol·L^(-1) GR24+5μmol·L^(-1) IAA),7 d后检测黄芪幼苗主根长和侧根数,并测定内源激素含量、生长素和独脚金内酯相关基因表达量的变化。结果表明:(1)GR24处理显著促进黄芪主根生长。(2)IAA处理下主根生长受到抑制,侧根数明显增加。(3)GR24+IAA处理下主根的生长同样受到抑制,膜荚黄芪侧根数较IAA处理下减少,说明GR24有抑制IAA对侧根发育的诱导作用,但不能缓解IAA对黄芪主根生长的抑制。(4)3种处理下黄芪幼苗根系内源激素含量、生长素和独脚金内酯相关基因表达量发生了显著变化,说明GR24和IAA对黄芪幼苗主根长和侧根数的影响可能与生长素和独脚金内酯相关基因表达及内源激素水平的变化有关。该研究结果初步阐明了黄芪幼苗根系生长发育与GR24和IAA之间的关系,为黄芪规范化育苗和幼苗质量控制提供理论依据,对进一步探索独脚金内酯和生长素调控黄芪根系生长发育的分子机制具有一定的意义。     

茉莉酸诱导侧根形成缺陷突变体asa1-1抑制子(soa)的鉴定与遗传分析

外源茉莉酸处理野生型拟南芥能够促进侧根的形成,而在asa1-1突变体中茉莉酸抑制侧根的形成,这与在该突变体背景下茉莉酸显著降低PIN2蛋白水平密切相关。为了进一步研究茉莉酸诱导PIN2蛋白水平下调的分子机制,文章采用正向遗传学的方法筛选asa1-1抑制子soa,期望获得茉莉酸处理后侧根发育恢复的突变体。通过筛选鉴定获得2个突变体:soa563和soa856。这2个突变体在10μmol/L茉莉酸甲酯处理条件下都能够恢复侧根发育,而且茉莉酸处理后PIN2蛋白水平降低的现象在soa563中被完全抑制,在soa856中被部分抑制。这些结果表明这两个突变基因可能影响了茉莉酸调控的PIN2蛋白水平下调途径,并且参于了茉莉酸对侧根发生的调控。对这两个基因的分离和功能研究将为阐明茉莉酸与生长素互作调控侧根发生的分子机制提供新的知识积累。     

生长素极性运输在水稻根发育中的作用

生长素极性运输(PAT)在植物生长发育尤其是极性发育和模式建成中起重要作用。采用2种PAT抑制剂TIBA(2,3,5-triiodobenzoic acid)和HFCA(9-hydroxyfluorene-9-carboxylic acid)处理水稻(Oryza sativa 1.cv．Zhonghua)幼苗,结果表明：PAT影响水稻根发育包括主根的伸长、侧根的起始和伸长以及不定根的发育。PAT的抑制导致主根变短、侧根和不定根数目减少。外源附加生长素(NAA)可以部分恢复不定根的形成但不能恢复侧根的形成,表明在侧根和不定根的形成上可能具有不同的机制。切片结果表明,30μmol／L TIBA处理后并不完全抑制侧根原基的形成,进一步研究表明生长素由胚芽鞘向基部的运输在水稻不定根的起始和伸长中起关键作用。     

植物ABCB亚家族生物学功能研究进展

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样, 包含ABCA-ABCH八个亚家族。ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族, 多数定位于质膜, 少数定位于线粒体膜或叶绿体膜。ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输, 在植物生长发育的各个阶段发挥作用。此外, ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程。近年来, 随着越来越多植物全基因组测序的完成, ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道, 然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释。该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述, 以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索。     

植物ABCB亚家族生物学功能研究进展

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样, 包含ABCA-ABCH八个亚家族。ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族, 多数定位于质膜, 少数定位于线粒体膜或叶绿体膜。ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输, 在植物生长发育的各个阶段发挥作用。此外, ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程。近年来, 随着越来越多植物全基因组测序的完成, ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道, 然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释。该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述, 以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索。     

水稻幼苗根对羧基化多壁碳纳米管复合镉胁迫的生长生理响应

为了探究羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)复合镉(Cd)胁迫对植物生长生理的影响,采用液体培养方法,以水稻(Oryza sativa L.)为受试作物,测定了0～12.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH、10μmol·L~(-1)Cd单一和复合处理水稻幼苗21天后根生长、氧化损伤、抗氧化酶活性及根中Cd含量的变化。结果表明:(1)MWCNTs-COOH单一处理,根长、根鲜重均低于对照,并表现出先升高后降低的趋势,当其浓度达到12.0 mg·L~(-1)时,较对照分别下降了9.3%和15.2%,且低于10μmol·L~(-1)Cd单一处理;而复合处理组水稻幼苗根长、根鲜重、干重皆低于对应的单一处理;(2)MWCNTs-COOH单一胁迫下,水稻根的超氧自由基(O_2~(-·))明显积累,并伴随着超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性升高,3.0和6.0mg·L~(-1)MWCNTs-COOH处理下,SOD、POD活性最高;(3)MWCNTs-COOH复合Cd胁迫下,水稻根的SOD、POD活性大均低于单一处理组,而丙二醛(MDA)及羰基化蛋白含量均显著高于单一处理;(4)MWCNTs-COOH复合Cd后,水稻幼苗根尖细胞死亡加剧,其中,10μmol·L~(-1)Cd与12.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH复合处理的根尖根冠区细胞伊文斯蓝染色最深;(5)1.5～6.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH复合Cd处理水稻幼苗后,其根中Cd含量呈上升趋势,且在6.0 mg·L~(-1)浓度处理时达到最大值303.30μg·g~(-1);高浓度MWCNTs-COOH及其与Cd的复合均对水稻根产生毒性效应。     

过氧化氢对镉胁迫下水稻种子萌发的缓解效应

为了探讨外源H_2O_2对镉胁迫下水稻种子萌发受抑的缓解作用,以水稻品种‘中优169’为材料,通过培养皿滤纸发芽法,研究不同浓度H_2O_2对200μmol·L~(-1)镉胁迫下水稻种子萌发、幼苗生长及相关生理指标的影响。结果表明,在200μmol·L~(-1)镉胁迫下,水稻种子的萌发和幼苗生长表现出明显的抑制现象,发芽势、发芽指数、活力指数及幼苗的根长、芽长和可溶性蛋白含量均显著降低,MDA含量显著增加,POD活性上升,SOD、APX及CAT的活性显著受到抑制。较低浓度(≤10μmol·L~(-1))H_2O_2处理能不同程度地增加幼苗的根长、芽长、根鲜重和芽鲜重,提高镉胁迫下水稻种子的发芽指数和活力指数,增强SOD、POD和APX活性并降低MDA含量,从而缓解镉的毒害效应。其中5μmol·L~(-1) H_2O_2浸种处理对镉胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的缓解作用最好。高H_2O_2浓度对镉胁迫的缓解作用逐渐减弱,当H_2O_2浓度达到50μmol·L~(-1)时,会加重镉胁迫的毒性。表明适宜浓度的H_2O_2可以提高水稻幼苗抗氧化能力,缓解镉胁迫伤害。     

生长素极性运输在水稻根发育中的作用

生长素极性运输(PAT)在植物生长发育尤其是极性发育和模式建成中起重要作用.采用2种PAT抑制剂TIBA(2,3,5-triiodobenzoic acid)和HFCA(9-hydroxyfluorene-9-carboxylic acid)处理水稻(Oryza sativa L. cv.Zhonghua)幼苗,结果表明:PAT影响水稻根发育包括主根的伸长、侧根的起始和伸长以及不定根的发育.PAT的抑制导致主根变短、侧根和不定根数目减少.外源附加生长素(NAA)可以部分恢复不定根的形成但不能恢复侧根的形成,表明在侧根和不定根的形成上可能具有不同的机制.切片结果表明,30μmol/TIBA处理后并不完全抑制侧根原基的形成,进一步研究表明生长素由胚芽鞘向基部的运输在水稻不定根的起始和伸长中起关键作用.