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            黎家課題組在植物根向水性生長研究領域取得突破性進展

            日期: 2019-10-12 閱讀: 來源:

              根的向水性生長是指植物通過根尖感知土壤中水分梯度,向著水勢較高區域生長的生物學特性,對植物從土壤中有效獲取水分極為重要,也是實現節水灌溉,提高干旱地區農業產量的有效途徑。雖然有關植物根向水性生長的生物學現象早在兩百多年前就已經有文獻報道,然而,關于植物根系向水性生長的調控機理卻知之甚少。對于調控植物根尖向水性生長的基礎性科學問題仍然沒有解決,比如:首先,植物根尖向水性生長的細胞學基礎是什么?是由于根尖細胞伸長差異還是分裂差異導致了根尖兩側的差異性生長?其次,植物根尖向水性生長的誘導因子是什么?即水勢梯度誘導何種信號分子在根尖兩側發生了差異性分布而誘導根尖兩側的差異生長?再次,誘導植物根尖向水性生長的信號分子如何被根尖細胞感知?10月10日國際著名期刊《Cell Research》在線發表了黎家課題組題為“Asymmetric distribution of cytokinins determines root hydrotropism in Arabidopsis thaliana”的研究論文,該文章系統地回答了以上科學問題。
              該研究發現模式植物擬南芥根尖向水性生長是由于根尖兩側細胞分裂速率的差異性引起的,根尖水勢較低一側的分生區細胞分裂活動加劇,導致根尖發生向水性彎曲生長。黎家課題組進一步深入探究了擬南芥根尖向水性反應過程中誘導根尖分生區兩側不對稱細胞分裂的信號分子,研究發現向水性反應過程中,根尖分生區兩側細胞分裂素分布不均,具體表現為細胞分裂素在水勢較高一側降解,而在水勢較低一側積累,從而促進水勢較低一側分生區細胞分裂,誘導根尖發生向水性生長。根尖兩側分布不均的細胞分裂素通過其信號傳導途徑最終誘導其信號下游A類響應因子ARR16ARR17在根尖分生區兩側的不對稱表達而實現對分生區兩側細胞分裂差異的調節。
              已有研究顯示植物向性生長主要受生長素的調控,該研究表明植物根向水性生長主要受細胞分裂素的調控,該研究為更好地理解植物向性生長的調控機制提供了新的見解,對于培育抗旱保產的作物育種工作具有重要的指導作用。
              黎家課題組常金科博士為該論文第一作者,黎家教授為通訊作者,黎家課題組李小鵬、付緯浩、王嘉文、勇月圓等研究生,茍小平教授、何凱教授及山東大學丁兆軍教授分別參與了該研究的部分工作。該研究得到了自然科學基金委重點項目及蘭州大學、甘肅省科技廳、教育部相關項目的資助。
              文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41422-019-0239-3

            擬南芥根尖向水性生長的調控機制

            A.擬南芥根尖向水性生長的實驗體系及表型觀察。培養基左上側為1/2 MS培養基,而右下側培養基為1/2 MS培養基中添加了滲透調節劑山梨醇(D-sorbitol)。

            B,C.與對照處理(B)相比,向水性處理后根尖水勢較低一側分生區細胞數目明顯多于水勢較高一側。

            D,E.與對照處理(D)相比,向水性處理后細胞分裂素(GFP信號)在根尖水勢較低一側積累。

            F,G.對照處理時(F),ARR16在根尖兩側呈對稱表達,向水性處理時ARR16在根尖水勢較低一側上調表達(G)。

            H,I.對照處理時(H),ARR17在根尖兩側呈對稱表達,向水性處理時ARR17在根尖水勢較低一側上調表達(I)。

            J.擬南芥根尖向水性生長調控的分子機制。

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