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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3
拟南芥野生型(WT)、突变体、过表达(OE)及回复(Comp)植株根尖在琼脂梯度培养基中的生长表型与统计分析
(A) 野生型、突变体与回复突变体植株的根生长情况; (B) 图(A)中7天根长的统计结果; (C) 野生型与过表达植株的根生长情况; (D) 图(C)中7天根长的统计结果。* P<0.05; ** P<0.01。Bars=5 mm
正文中引用本图/表的段落
为了确定AtFTCD-L基因在模拟阻力条件下的作用, 我们将野生型、突变体、回复突变体以及过表达材料分别点播到模拟高阻力培养基中, 观察根尖的生长情况。在琼脂浓度为1%的培养基(1%培养基)中, 突变体的根长短于野生型20%; 在2%培养基中, 突变体的根长短于野生型45%; 在3%培养基中, 突变体的根长短于野生型55% (图3A, B), 即根尖在生长阻力越大的环境中生长速度越缓慢, 尤其是突变体植株对高紧实度条件更加敏感, 表明该基因参与响应紧实度阻力。在2%培养基中, 过表达材料的根长较野生型长4%; 在3%培养基中, 过表达材料的根长较野生型增加10% (图3C, D), 表明两种过表达材料的根系均长于野生型根系。综上表明, AtFTCD-L通过响应高紧实度阻力参与拟南芥根的生长。
(A) PIN1与ftcd突变体和野生型杂交株系在荧光与明场条件下的图片; (B) PIN3与ftcd突变体和野生型杂交株系在荧光与明场条件下的图片; (C) DR5与ftcd突变体和野生型杂交株系在荧光与明场条件下的图片。Bars=20 μm
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