拟南芥AtrbohD和AtrbohF调控侧根发育的分子机制研究

摘要

活性氧(ROS)在植物根发育中扮演着重要角色，然而活性氧调控侧根发育的分子机制目前还不清楚。我们发现拟南芥产生ROS的NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF调控侧根的发育。
　　 表型分析显示，拟南芥双突变体atrbohD1/F1和atrbohD2/F2的侧根密度显著高于野生型(WT)、单突变体atrbohD1和atrbohF1。在侧根发育过程，两个双突变体侧根原基的出现比WT和两个单突变体都早，说明AtrbohD和AtrbohF基因缺失后，促进了侧根原基的发育和侧根的出现。
　　 AtrbohD和AtrbohF是产生H2O2和O2·-的酶，因此我们检测了WT和两个双突变体atrbohD1/F1和atrbohD2/F2在主根不同区域H2O2和O2·-的分布，结果发现，WT主根根尖(包括根冠、分生区和伸长区)和成熟区H2O2水平显著高于双突变体，WT根尖部分O2·-水平均高于双突变体，但双突变体主根成熟区O2·-积累显著比WT多。进一步利用产生和清除O2·-的试剂证明，双突变体主根成熟区O2·-的增多促进了侧根发育。在植物中过氧化物酶能产生O2·-，因此，分析了WT和突变体过氧化物酶的活性，发现atrbohD1/F1和atrbohD2/F2中过氧化物酶活性明显比WT高，说明AtrbohD和AtrbohF可能通过负调控过氧化物酶活性，影响O2·-在根中的分布，进而调控侧根的发育。
　　 利用AtrbohD：GUS和AtrbohF：GUS转基因植株检测了AtrbohD和AtrbohF在根中的表达，发现这两个基因在主根产生侧根原基的中柱鞘及侧根中表达量很高。另外，生长素运输抑制剂N-1-naphthylphthalamicacid(NPA)处理可抑制双突变体侧根的发育，突变体比WT对NPA更敏感。与WT相比，双突变体中一些生长素相关基因的表达也明显上调，这些结果说明，生长素信号参与AtrbohD和AtrbohF调控的拟南芥侧根发育过程。