| 根系是植物扎根土壤的支柱,也是吸收运输水分和养分的主要器官,同时还能储存光合产物以及通过合成生长素、细胞分裂素、脱落酸等植物激素来调控植物地上部分的生长发育。发育良好的植物根系是维持植株健康生长的重要保证。但是,盐害、干旱、水涝、重金属污染等胁迫条件往往抑制根系生长,其中内源ABA含量上升是根系生长受限的重要原因。5-氨基乙酰丙酸(ALA)作为所有四吡咯(卟啉)化合物的合成前体,同时也是具有多种生理功能的新型植物生长调节物质。它能缓解多种逆境(如盐、干旱、水涝)对植物根系生长的抑制。但是,ALA调节植物根系生长,特别是ABA抑制的根系生长机理尚未见报道。为此,本研究以ABA作为胁迫因子,以'红颜’草莓为主要试材,以几种不同基因型的拟南芥材料(Col-0,tt4,PIN1::GFP,PIN2::GFP,PIN7::GFP,DR5::GFP)为辅助试材,观察了 ALA与ABA在根系生长上的拮抗作用,发现类黄酮可能参与到ALA缓解ABA导致的根系生长受抑。其主要研究结果如下。1.一定浓度外源ABA可以显著抑制草莓根系生长,而外源ALA可以缓解ABA对根系生长的抑制效应。在2 μMABA和(或)2.5 mg/LALA试验体系中,(1)ABA处理显著降低草莓不定根的长度,而ALA能拮抗ABA的效应,部分恢复不定根生长;(2)ALA和ABA主要影响草莓根尖分生区的长度;(3)ALA可以缓解ABA导致的草莓根系活力下降。分析不同处理后草莓根尖生长素合成基因YUC、输入基因AUX1和输出基因PIN1的表达,结果表明,ALA和ABA主要影响PIN1的表达,而对其它基因影响不大。HPLC测定表明,ABA处理导致草莓根系IAA含量下降,而ALA处理可以逆转ABA引起的IAA含量下降。这些结果暗示,在较高浓度ABA存在条件下,ALA可能通过促进IAA运输来缓解ABA抑制草莓根系生长。2.借助于DPBA染料和荧光显微镜研究发现,外源ALA促进草莓根尖黄酮醇积累;分光光度法也证实,ALA促进草莓根系类黄酮含量上升,而ABA处理降低根系类黄酮含量。qRT-PCR检测结果表明,ALA促进类黄酮代谢途径中CHS、CHI和FLS等基因上调表达,而ABA则下调这些基因表达。两种外源类黄酮(包括槲皮素和山奈酚)均能显著缓解ABA对草莓根系生长和根尖分生区发育的抑制,同时还促进了 PIN基因表达和IAA含量增加。这些结果表明,ALA可能通过诱导类黄酮积累来促进生长素运输以拮抗ABA对根尖生长的抑制效应。3.为了验证上述工作假说,笔者以不同基因型拟南芥[包括不能合成类黄酮的tt4突变体、与生长素合成运输有关的带有绿色荧光蛋白(Green fluorescence protein,GFP)的转基因株系PIN1::GFP,PIN2::GFP,PIN7::GFP,DR5::GFP]幼苗为材料,以便能更直观判断类黄酮和生长素的作用。结果表明,外源ALA和类黄酮对ABA抑制的野生型(Col-0)拟南芥根系生长有类似的缓解作用,但是对于tt4型突变体,类黄酮仍然具有拮抗效应,而ALA已经丧失了缓解作用,暗示着ALA的作用可能依赖于类黄酮积累。在根系中,ALA能促进类黄酮生物合成关键基因(包括CHS、CHI和FLS)上调表达,也能诱导根系黄酮类物质积累。借助于激光共聚焦显微镜(Laser scanning confocal microscope,LSCM)直接观察带有GFP的与生长素运输有关的转基因幼苗根尖,发现ALA和类黄酮都能逆转ABA抑制的PIN1和PIN7蛋白积累,DR5积累量也明显上升,而PIN2没有响应,说明ABA抑制根尖细胞IAA向胞外运输,降低其含量,但不影响横向运输,而ALA和类黄酮均能减缓ABA对IAA的抑制效应。综上所述,我们利用草莓组培苗证明了外源ALA可以缓解ABA抑制的根系生长,而且这一过程可能有赖于类黄酮积累和IAA运输。我们借助于转基因植株和缺失型突变体拟南芥证明,ALA在拟南芥上也存在着类似的调节活性。我们还在LSCM下直接观察到ALA、类黄酮的生理效应。因而我们认为,类黄酮积累和IAA运输参与到ALA-ABA对草莓和拟南芥根系生长的调节过程。 ... |
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