根系生物钟发生机制及对逆境的响应

【作者】 谢远明； 宣伟；

【机构】 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室； 南京农业大学资源与环境科学学院；

【摘要】 植物根系由主根和在主根上大量形成的侧根构成,其构型具有可塑性。在模式植物拟南芥中,侧根的发生主要受到根系生物钟(Root Clock)的调控。不同于植物地上部的生物钟,根系生物钟周期性的发生于植物根尖的生长素信号震荡区,其发生的频率和信号强度决定着侧根在主根上形成的时间和位置,是侧根发生的最上游信号,对根系的构型起着决定性的作用。之前的研究揭示根系生物钟的发生受到根尖根冠细胞的周期性凋亡信号(PCD)的驱动,伴随着根尖根冠细胞的周期性凋亡,根冠中合成的生长素被运输到根尖震荡区诱导侧根的形成。但是,根系生物钟是否受到外界胁迫信号的调控及可能的机制还不清楚。以重金属为例,Cd胁迫会显著抑制植物侧根的发生,通过观测根系生物钟发生报告基因DR5:Luciferase的时空表达模式,我们发现镉处理会降低根系生物钟发生的频率,但是并不影响其发生的信号强度和生长素在信号震荡区的分布。同时,我们发现Cd处理下根冠细胞的周期性凋亡频率及根冠细胞的数目均显著降低。遗传学证据也显示侧根发生对镉的耐受性与根冠细胞数目紧密相关。我们的研究结果揭示了根系生物钟的发生也受到外界环境因子的调控,同时也为研究侧根发生对逆境的响应机制提供了新的途径。更多还原