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种子萌发和侧根发育是植物生命周期中两个重要的生物学过程,均受到外部环境因子和内源激素的共同调控。本论文利用遗传学和分子生物学手段研究了拟南芥GARP-G2-like转录因子家族的成员HRS1基因在种子萌发和侧根发育中的生物学功能。结果表明,HRS1可能作为ABA信号的负调摔因子参与了这两个生物学过程的调控。
HRS1的T-DNA插入突变体hrs1-1在种子萌发和幼苗早期生长中对外源ABA和NaCl超敏感,这可能是由于突变体中ABA合成及ABA信号的不正常上调导致的。利用多重定量PCR技术检测基因表达发现ABA和盐处理时ABA合成基因ABA1;ABA信号通路的三个转录因子基因ABI3,ABI4,ABI5;ABA和胁迫下游响应基因RD29B,RAB18在hrs1-1中的表达显著高于WT对照,表明HRS1作为ABA负调控因子参与了ABA及盐胁迫对拟南芥种子萌发和幼苗形态建成的调控。此外,对于双突变体和三突变体的遗传学分析显示HRS1调控种子萌发的功能需要ABI3,ABI4,ABI5的存在,其作用位点位于这三个转录因子的上游。而HRS1与其它负调控因子ABI1,HAB1的负调控作用具有加性效应,可能位于不同的信号通路独立发挥作用。
HRS1是正常条件、盐胁迫条件和外源添加ABA时拟南芥侧根发育的一个新的调控因子,三种条件下hrs1-1突变体的侧根发育受到严重的损害,侧根数目比WT显著减少。通过对不同阶段侧根原基和侧根数目的定量统计发现HRS1基因突变既阻止了突出主根后侧根的发育也抑制了侧根原基的发育。ABA信号及ABI4参与了HRS1对侧根发育的调控过程。hrs1-1幼苗根中ABA的含量显著高于WT对照,ABA合成和信号相关基因ABA1,ABF4,RD29A和RD29B在hrs1-1中的表达得到了显著上调。HRS1调控侧根发育需要ABI4的存在,双突变体hrs1-1abi4-1的侧根表型得到恢复。此外,hrs1-1中生长素(auxin)的动态平衡、极性运输和信号响应发生改变。DR5::GUS染色的结果显示hrs1-1中auxin的梯度分布模式发生紊乱,定量PCR结果显示auxin转运因子AUX1,LAX3,PGP4在hrs1-1中的表达均受到了抑制,推测突变体中auxin的极性运输可能受到了干扰。3H-IAA极性运输实验证实hrs1-1中auxin向顶和向基运输显著低于WT。此外hrs1-1中auxin信号响应也发生改变,auxin信号通路两个转录抑制因子IAA1和IAA19在hrs1-1中的表达显著高于WT。hrs1-1中ARF7,LBD16,LBD29的表达显著低于WT。外源添加脂溶性的NAA可以恢复hrs1-1的侧根表型,表明突变体中auxin的动态平衡和累积模式可能不利于侧根的发育;而加入IAA没有这种效果进一步验证了突变体中auxin的转运系统可能受到了损害。HRS1可能代表了ABA和auxin交互作用共同调控侧根发育的一个新结点。但是,关于HRS1介导的ABA信号和auxin信号通过哪些分子组分直接发生相互作用及两者互作的网络机制仍需要进一步的研究去揭示。对HRS1下游靶基因或互作蛋白的寻找可能有助于我们进一步揭示HRS1的生物学功能。