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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4
突变体与野生型(WT)拟南芥植株根尖在高紧实度阻力下的细胞形态
(A) 突变体与野生型植株根在琼脂浓度梯度培养基中的生长情况; (B) 图(A)中突变体与野生型7天根尖细胞横向宽度的统计结果; (C) 突变体与野生型植株根尖在高紧实度(3%)培养基中的细胞形态; (D) 图(A)中突变体与野生型7天根尖细胞长度统计结果。* P<0.05。Bars=20 μm
正文中引用本图/表的段落
为明确AtFTCD-L基因是否在细胞水平上响应土壤紧实度胁迫, 我们测量了突变体与野生型根尖横向长度与伸长区细胞纵向长度。以生长在梯度培养基中根尖最宽的部位为横向长度, 以伸长区连续5个细胞纵向的长度值除以5代表1个细胞的平均纵向长度。FM4- 64染色观察发现, 高阻力环境下突变体根尖的横向直径略长于野生型植株(图4A)。统计结果显示, 在1%培养基中生长时, 突变体比野生型根尖横向宽6%左右; 在2%培养基中生长时, 突变体比野生型根尖横向宽15%左右; 在3%培养基中生长时, 突变体比野生型根尖横向宽36%左右(图4B)。此外, 在1%培养基中生长时, 突变体比野生型根尖细胞短2%; 在2%培养基中生长时, 突变体比野生型根尖细胞短6%左右; 在3%培养基中生长时, 突变体比野生型根尖细胞短15%左右(图4D)。上述结果表明, 随着模拟阻力逐渐增大, 突变体根尖横向宽度不断加大而纵向长度不断变短。
进一步从细胞水平观察拟南芥根尖在模拟阻力条件下的生长情况, 发现突变体植株根尖分生区以及部分伸长区细胞形态明显异常。随着琼脂浓度梯度的增加, 从1%-3%模拟阻力增加的环境下, 野生型根尖细胞形态未发生明显改变, 但是突变体根尖细胞形态异常情况越来越严重, 无论在明场还是荧光下均可观察到突变体根尖细胞形态异常(图4C)。以上结果表明, 缺失AtFTCD-L基因的拟南芥植株根尖表现为分生区以及伸长区前部细胞形态明显异常, 表明突变体植株根尖对高紧实度阻力敏感, 进一步从细胞水平证实AtFTCD-L基因参与响应紧实度阻力。
本文的其它图/表
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