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拟南芥AtFTCD-L参与根系响应土壤紧实度的机制
植物学报
2025, 60 (4):
551-561.
DOI: 10.11983/CBB24154
植物根系在生长发育过程中响应各种非生物胁迫, 包括干旱、重金属、盐、冷、热以及生理性缺素等, 其中土壤结构特别是土壤紧实度会影响根系的生长与形态, 进而影响作物产量。高尔基体通过囊泡分泌参与根系的生长以及响应非生物胁迫。然而, 高尔基体如何参与根系响应土壤紧实度的机制还不清楚。前期研究发现拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtFTCD-L定位在高尔基体反面(trans Golgi network, TGN)上, 参与囊泡的分选和/或分泌, 调节根冠外周细胞中的黏液成分。在前期研究的基础上, 模拟土壤高紧实度生长条件, 观察稳定表达PINs-GFP的纯合体拟南芥植株表型, 通过观察生长素相关荧光信号, 发现AtFTCD-L突变体根尖以及根尖细胞在纵向上短于野生型等材料, 而在横向上宽于野生型等材料, 并且细胞形态明显异常。通过对PINs相关材料进行荧光信号收集, 发现突变体植株中PIN7低表达或不表达。综上表明, AtFTCD-L在拟南芥植株根系中通过调节PIN7的分布或表达来响应土壤紧实度。研究结果为揭示植物根系响应土壤紧实度胁迫的适应机制提供了理论指导。  View image in article
图1
AtFTCD-L在拟南芥中的表达模式
(A) 种子萌发; (B) 根; (C) 叶; (D) 花; (E) 种子; (F) 长角果; (G) 种子与长角果。SAM: 茎顶端分生组织。(A), (D), (F)中的数字代表不同发育时期。
正文中引用本图/表的段落
为探明AtFTCD-L的功能, 首先对其在拟南芥各组织中的表达量进行分析。TAIR网站检索结果显示, 该基因在拟南芥的各个发育时期和多个组织器官中均有表达, 尤其在花、叶和根尖中表达量较高(图1A-E), 表明AtFTCD-L在拟南芥不同发育时期的不同组织器官中组成型表达。
基于组织表达模式分析, AtFTCD-L基因在花、叶与根尖中表达量较高(图1A-E)。为阐明该基因在根中的作用, 我们将GUS-AtFTCD-L种子点播在1/2MS培养基表面, 以及模拟高土壤紧实度生长环境的梯度琼脂培养基中, 对比拟南芥根尖在无阻力与梯度阻力条件下AtFTCD-L的表达情况。结果表明, 随着模拟根生长环境阻力的增加, 拟南芥根尖中GUS染色逐渐加深, 即AtFTCD-L的表达量逐渐增高(图2A); 实时荧光定量PCR检测结果显示, 根尖中AtFTCD-L的表达量随着生长阻力的增大亦不断升高(图2B)。以上实验结果表明, AtFTCD-L可能参与根响应高紧实度阻力。
本文的其它图/表
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