过氧化氢对拟南芥生长素信号转导相关蛋白的影响

通过添加外源过氧化氢来探究其对植物生长素信号的影响.以GUS基因作为报告基因,研究拟南芥中各生长素相关蛋白(生长素含量标志蛋白DRS,输入蛋白AUX1,输出蛋白PIN1和PIN2)对过氧化氢的响应结果表明过氧化氢处理后拟南芥呈植株变小、根变短和不定根数目增多的表型;与对照相比,GUS染色后各生长素相关蛋白的表达下降,表明过氧化氢对植物生长素的合成与运输起一定的抑制作用在过氧化氢处理的墓础上,添加抗氧化物质后发现植株表型有明显恢复,GUS染色也表明相关蛋白的表达量均增加;另外,0.1 nmol/L的外源IAA能恢复过氧化氢处理后拟南芥的表型和生长素相关蛋白的表达综上所述,过氧化氢主要通过抑制植物体内的生长素信号来调控植物的生长发育.     

过氧化氢对拟南芥生长素信号转导相关蛋白的影响

通过添加外源过氧化氢来探究其对植物生长素信号的影响.以GUS基因作为报告基因,研究拟南芥中各生长素相关蛋白(生长素含量标志蛋白DR5、输入蛋白AUX1、输出蛋白PIN1和PIN2)对过氧化氢的响应.结果表明过氧化氢处理后拟南芥呈植株变小、根变短和不定根数目增多的表型;与对照相比,GUS染色后各生长素相关蛋白的表达下降,表明过氧化氢对植物生长素的合成与运输起一定的抑制作用.在过氧化氢处理的基础上,添加抗氧化物质后发现植株表型有明显恢复,GUS染色也表明相关蛋白的表达量均增加;另外,0.1 nmol/L的外源IAA能恢复过氧化氢处理后拟南芥的表型和生长素相关蛋白的表达.综上所述,过氧化氢主要通过抑制植物体内的生长素信号来调控植物的生长发育.     

拟南芥BLI基因调控植物衰老的研究

BLISTER(BLI)蛋白是多种应激反应的调节因子,可以促进植物对环境的适应性. BLI蛋白通过抑制IRE1蛋白以维持植物的正常生长,缺失BLI蛋白的拟南芥植株出现多种发育缺陷表型. 文章以拟南芥bli突变体为实验材料,通过细胞生物学及遗传学方法检测其衰老相关表征,发现bli突变体植株早期出现叶片黄化、叶绿素含量下降、离子渗透率升高等一系列衰老表型;与此同时,bli突变体体内衰老相关基因表达上调,光合作用相关基因表达下调,表明BLI蛋白参与植物衰老过程;外源施加ROS导致野生型Col-0植株中BLI基因表达量减少; GUS显色结果表明BLI在植株各组织器官中均有表达,为进一步解析BLI调控衰老的分子网络提供了思路.     

拟南芥器官大小调控基因AtKIX8启动子的克隆和表达分析

为研究拟南芥器官大小调控基因AtKIX8的表达模式,以期进一步研究其功能机制,克隆了该基因启动子序列,获取了启动子-GUS转基因报告植株.利用GUS组织化学染色检测了该启动子作用位置,利用荧光定量PCR分析了启动子对外源激素及冷胁迫的响应.结果表明该启动子诱导GUS基因在幼苗茎尖分生区,成株茎、叶主脉中特异性表达,生长素和低温处理显著提高GUS基因的表达量.说明拟南芥AtKIX8基因启动子具备组织特异性表达模式,且能受到外源生长素和低温的诱导.     

对氨基苯甲酸在拟南芥根生长发育中对生长素运输的调控

为探究对氨基苯甲酸(PABA)影响拟南芥(Arabidopsis thaliana)根部生长发育的作用机制,以野生型和DR5∷GUS转基因拟南芥为实验材料,研究了PABA外源处理对根系形态结构和生长素运输的影响.结果表明:200μmol/L PABA可以明显抑制拟南芥幼苗主根生长并促进侧根和根毛的发育.PABA可增强生长素类似物2,4-D对幼苗主根生长的抑制作用和对根毛伸长的促进作用;相反,PABA可在一定程度上减弱生长素运输抑制剂NPA对幼苗主根和根毛生长发育的抑制作用.此外,PABA可诱导拟南芥根尖生长素的积累以及生长素极性运输相关基因PIN1、PIN3和AUX1的表达.综上所述,PABA可调节根部生长素运输和分布,在拟南芥根生长发育过程中起重要作用.     

生长素调控极性运输载体PIN2质膜丰度与降解

主要观察了外源生长素长时间(8 h)处理对拟南芥生长素极性输出载体PIN2-GFP质膜丰度的影响,低温、KCN处理和生长素受体突变对生长素调控质膜PIN2-GFP丰度的影响,以及液泡H+-ATPase抑制剂ConA对野生型和生长素受体四突变体tir1afb1,2,3液泡中PIN2-GFP积累的影响.结果表明:外源生长素通过其受体TIR1/AFB介导的信号途径下调质膜PIN2-GFP的丰度,促进PIN2-GFP的内吞、胞内运输和液泡降解.暗示生长素通过TIR1/AFB介导的信号途径反馈调控质膜PIN2-GFP的水平,从而阻止了胞内生长素的过多输出.     

过表达转录因子AhAREB1对拟南芥生长素分布的影响

本课题组前期研究表明,过表达AhAREB1(花生AREB转录因子基因)植株矮小,叶片卷曲,抗旱能力增强,体内IAA含量升高,推测AhAREB1可能影响植株体内IAA分布.该文采用携带3个重复IAA化学诱导启动子元件的pDR5::GUS植株与AhAREB1过表达拟南芥植株的杂交纯合后代,通过GUS组织化学染色方法,探讨AhAREB1转录因子对植株体内IAA分布的影响.结果表明,过表达AhAREB1植株体内IAA增加,主要分布在幼苗的根尖和成苗的叶片边缘;在过表达植株IAA响应基因IAA29和IAA运输蛋白基因LAX3表达均显著下调,而IAA响应蛋白基因ARF2和ARF9显著上调.过表达AhAREB1植株体内IAA分布不均衡是引起表型变化的原因之一.     

YUCCA基因家族在拟南芥胚胎发育过程中的表达模式研究

生长素作为重要的植物激素,在植物胚胎的形态建成和生长发育过程中起到关键的调控作用.依赖色氨酸的IPA途径是模式植物拟南芥中生长素合成的主要途径.以色氨酸为前体合成的IPA在YUCCA(YUC)的催化下生成IAA,这一过程也是生长素生物合成的限速步骤.拟南芥有11个YUC编码基因,目前对这11个YUC基因在植物胚胎发育过程中的表达模式还没有系统的研究.本文以Pro YUC:GUS(YUC1:GUS、YUC2:GUS、YUC4:GUS、YUC6:GUS、YUC8:GUS和YUC9:GUS)转基因植株为实验材料,观察在胚胎发育不同时期YUC基因的表达情况.结果表明:YUC1、YUC2和YUC4基因在拟南芥胚胎发育的后期(鱼雷期、拐杖期和成熟期)有极其微弱的表达;YUC6基因在拟南芥胚胎发育过程中没有表达;YUC8和YUC9在胚发育过程中有非常强的表达,其中YUC8主要在胚胎发育的三角胚时期、心形期和鱼雷期表达,而且在整个胚中表达,在拐杖期胚和成熟胚中YUC8特异在下胚轴和胚根中表达;YUC9在胚胎发育的球形期、三角胚时期和心形期有较强的表达,在胚发育的后期则在胚根有微弱的表达.这些结果表明拟南芥胚胎发育过程中存在生长素的本地合成,而且YUC8和YUC9是胚胎中参与生长素合成的主要基因.     

NACl启动子驱动GFP表达的组织特征及对生长素和赤霉素的反应

将拟南芥中转录因子基因NACl上游调控区1kb克隆到pRD420质粒，构建由NACl启动子驱动绿色荧光蛋白基因（GFP）表达的植物表达载体，并以此载体转化烟草，对阳性转基因植株研究表明，GFP在根部有较高水平的表达．进一步用生长素、生长素拮抗剂NPA和赤霉素处理，荧光强度的变化表明：该调控区受生长素作用的同时也受赤霉素诱导．初步说明NACl基因不仅是一个生长素反应基因，同时可能也是一个赤霉素反应基因．     

NAC1启动子驱动GFP表达的组织特征及对生长素和赤霉素的反应

将拟南芥中转录因子基因NAC1上游调控区1kb克隆到pRD420质粒，构建由NAC1启动子驱动绿色荧光蛋白基因（GFP）表达的植物表达载体，并以此载体转化烟草，对阳性转基因植株研究表明，GFP在根部有较高水平的表达.进一步用生长素、生长素拮抗剂NPA和赤霉素处理，荧光强度的变化表明：该调控区受生长素作用的同时也受赤霉素诱导.初步说明NAC1基因不仅是一个生长素反应基因，同时可能也是一个赤霉素反应基因.     

脱落酸对水稻根系生长素合成与运输的调控

利用一系列不同浓度的脱落酸(ABA)处理水稻幼苗根系,观察水稻初生根根长、冠根数目、侧根数目及长度、DR5::GUS转基因材料GUS活性、生长素的合成及运输相关基因表达水平等变化.结果表明,ABA可以抑制水稻初生根的伸长、冠根和侧根的发生和伸长,并且抑制效应呈现剂量效应.DR5::GUS活性在整个根系中随ABA处理浓度升高而减弱,但根尖部位的DR5::GUS活性经过ABA处理后表现增强;生长素合成相关基因YUCCA2、YUCCA4、YUCCA7,生长素运输载体基因AUX3、AUX5、PiN1b、PiN2、PiN5a、PiN9、PiN10a均显著下降表达.     

拟南芥PIN2介导的生长素极性运输调控植物根向地性

主要观察了拟南芥生长素输出载体PIN2及其介导的极性运输、生长素诱导合成对根尖生长素不对称分布和根向地性反应的影响.结果表明:拟南芥PIN2基因突变、诱导内源生长素IAA及用抑制剂NPA或TIBA抑制生长素极性运输都严重影响了根尖生长素不对称分布的形成,最终抑制植物根向地性反应,暗示PIN2介导的生长素极性运输和生长素不对称分布在根向地性反应中起着关键性调控作用.从这些研究结果可进一步理解生长素调控植物根向地性的分子机理.     

AtSNX1 defines an endosome for auxin-carrier trafficking in Arabidopsis

Polarized cellular distribution of the phytohormone auxin and its carriers is essential for normal plant growth and development. Polar auxin transport is maintained by a network of auxin influx (AUX) and efflux (PIN) carriers. Both auxin transport and PIN protein cycling between the plasma membrane and endosomes require the activity of the endosomal GNOM; however, intracellular routes taken by these carriers remain largely unknown. Here we show that Arabidopsis thaliana SORTING NEXIN 1 (AtSNX1) is involved in the auxin pathway and that PIN2, but not PIN1 or AUX1, is transported through AtSNX1-containing endosomes. We demonstrate that the snx1-null mutant exhibits multiple auxin-related defects and that loss of function of AtSNX1 severely enhances the phenotype of a weak gnom mutant. In root cells, we further show that AtSNX1 localizes to an endosomal compartment distinct from GNOM-containing endosomes, and that PIN2 accumulates in this compartment after treatment with the phosphatidylinositol-3-OH kinase inhibitor wortmannin or after a gravity stimulus. Our data reveal the existence of a novel endosomal compartment involved in PIN2 endocytic sorting and plant development.     

Generation of cell polarity in plants links endocytosis, auxin distribution and cell fate decisions

Dynamically polarized membrane proteins define different cell boundaries and have an important role in intercellular communication-a vital feature of multicellular development. Efflux carriers for the signalling molecule auxin from the PIN family are landmarks of cell polarity in plants and have a crucial involvement in auxin distribution-dependent development including embryo patterning, organogenesis and tropisms. Polar PIN localization determines the direction of intercellular auxin flow, yet the mechanisms generating PIN polarity remain unclear. Here we identify an endocytosis-dependent mechanism of PIN polarity generation and analyse its developmental implications. Real-time PIN tracking showed that after synthesis, PINs are initially delivered to the plasma membrane in a non-polar manner and their polarity is established by subsequent endocytic recycling. Interference with PIN endocytosis either by auxin or by manipulation of the Arabidopsis Rab5 GTPase pathway prevents PIN polarization. Failure of PIN polarization transiently alters asymmetric auxin distribution during embryogenesis and increases the local auxin response in apical embryo regions. This results in ectopic expression of auxin pathway-associated root-forming master regulators in embryonic leaves and promotes homeotic transformation of leaves to roots. Our results indicate a two-step mechanism for the generation of PIN polar localization and the essential role of endocytosis in this process. It also highlights the link between endocytosis-dependent polarity of individual cells and auxin distribution-dependent cell fate establishment for multicellular patterning.     

组蛋白去乙酰化抑制剂对拟南芥根尖干细胞微环境的影响

根系发育是植物生长的重要组成部分,该过程由多种信号转导途径共同调节。组蛋白乙酰化和去乙酰化的动态变化对基因表达具有关键的调控作用,而对其在根发育中功能的研究还不深入。本研究通过组蛋白去乙酰化酶抑制剂Trichostatin A（TSA）处理拟南芥,发现其主根生长受到抑制,分生区细胞数目变少。显微观察的结果表明TSA影响了根尖干细胞微环境。根尖微环境调控相关因子SCR和SHR的表达受TSA处理的影响并不明显,而PLT1/PLT2的表达受TSA强烈抑制。我们对生长素运输途径的分析发现在TSA处理条件下,PIN1表达只受轻微影响,而PIN2表达量明显下调。pDR5:GFP的结果表明TSA可能引起生长素在根尖的积累和分布变化。综上所述,TSA影响了拟南芥根尖干细胞微环境的维持,表明组蛋白的去乙酰化在根发育过程中发挥着重要作用。     

Lateral relocation of auxin efflux regulator PIN3 mediates tropism in Arabidopsis

Long-standing models propose that plant growth responses to light or gravity are mediated by asymmetric distribution of the phytohormone auxin. Physiological studies implicated a specific transport system that relocates auxin laterally, thereby effecting differential growth; however, neither the molecular components of this system nor the cellular mechanism of auxin redistribution on light or gravity perception have been identified. Here, we show that auxin accumulates asymmetrically during differential growth in an efflux-dependent manner. Mutations in the Arabidopsis gene PIN3, a regulator of auxin efflux, alter differential growth. PIN3 is expressed in gravity-sensing tissues, with PIN3 protein accumulating predominantly at the lateral cell surface. PIN3 localizes to the plasma membrane and to vesicles that cycle in an actin-dependent manner. In the root columella, PIN3 is positioned symmetrically at the plasma membrane but rapidly relocalizes laterally on gravity stimulation. Our data indicate that PIN3 is a component of the lateral auxin transport system regulating tropic growth. In addition, actin-dependent relocalization of PIN3 in response to gravity provides a mechanism for redirecting auxin flux to trigger asymmetric growth.