黎家课题组在植物根向水性生长研究领域取得突破性进展

日期: 2019-10-12 阅读: 来源:

  根的向水性生长是指植物通过根尖感知土壤中水分梯度,向着水势较高区域生长的生物学特性,对植物从土壤中有效获取水分极为重要,也是实现节水灌溉,提高干旱地区农业产量的有效途径。虽然有关植物根向水性生长的生物学现象早在两百多年前就已经有文献报道,然而,关于植物根系向水性生长的调控机理却知之甚少。对于调控植物根尖向水性生长的基础性科学问题仍然没有解决,比如:首先,植物根尖向水性生长的细胞学基础是什么?是由于根尖细胞伸长差异还是分裂差异导致了根尖两侧的差异性生长?其次,植物根尖向水性生长的诱导因子是什么?即水势梯度诱导何种信号分子在根尖两侧发生了差异性分布而诱导根尖两侧的差异生长?再次,诱导植物根尖向水性生长的信号分子如何被根尖细胞感知?10月10日国际著名期刊《Cell Research》在线发表了黎家课题组题为“Asymmetric distribution of cytokinins determines root hydrotropism in Arabidopsis thaliana”的研究论文,该文章系统地回答了以上科学问题。
  该研究发现模式植物拟南芥根尖向水性生长是由于根尖两侧细胞分裂速率的差异性引起的,根尖水势较低一侧的分生区细胞分裂活动加剧,导致根尖发生向水性弯曲生长。黎家课题组进一步深入探究了拟南芥根尖向水性反应过程中诱导根尖分生区两侧不对称细胞分裂的信号分子,研究发现向水性反应过程中,根尖分生区两侧细胞分裂素分布不均,具体表现为细胞分裂素在水势较高一侧降解,而在水势较低一侧积累,从而促进水势较低一侧分生区细胞分裂,诱导根尖发生向水性生长。根尖两侧分布不均的细胞分裂素通过其信号传导途径最终诱导其信号下游A类响应因子ARR16ARR17在根尖分生区两侧的不对称表达而实现对分生区两侧细胞分裂差异的调节。
  已有研究显示植物向性生长主要受生长素的调控,该研究表明植物根向水性生长主要受细胞分裂素的调控,该研究为更好地理解植物向性生长的调控机制提供了新的见解,对于培育抗旱保产的作物育种工作具有重要的指导作用。
  黎家课题组常金科博士为该论文第一作者,黎家教授为通讯作者,黎家课题组李小鹏、付纬浩、王嘉文、勇月圆等研究生,苟小平教授、何凯教授及山东大学丁兆军教授分别参与了该研究的部分工作。该研究得到了自然科学基金委重点项目及兰州大学、甘肃省科技厅、教育部相关项目的资助。
  文章链接:https://www.nature.com/articles/s41422-019-0239-3

拟南芥根尖向水性生长的调控机制

A.拟南芥根尖向水性生长的实验体系及表型观察。培养基左上侧为1/2 MS培养基,而右下侧培养基为1/2 MS培养基中添加了渗透调节剂山梨醇(D-sorbitol)。

BC.与对照处理(B)相比,向水性处理后根尖水势较低一侧分生区细胞数目明显多于水势较高一侧。

DE.与对照处理(D)相比,向水性处理后细胞分裂素(GFP信号)在根尖水势较低一侧积累。

FG.对照处理时(F),ARR16在根尖两侧呈对称表达,向水性处理时ARR16在根尖水势较低一侧上调表达(G)。

HI.对照处理时(H),ARR17在根尖两侧呈对称表达,向水性处理时ARR17在根尖水势较低一侧上调表达(I)。

J.拟南芥根尖向水性生长调控的分子机制。

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