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植物根系是吸收养分和水分的功能部位,在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用。除遗传内因外,植物激素与根系的生长发育也密切相关。作为生长素诱导基因被发现的RACK1基因表达产物是否也调控了植物的根系发育,是本文探讨的重点内容。本文以拟南芥有关基因突变体及水稻RACK1相关基因型株系为材料,应用植物解剖学、植物生理学、分子生物学等研究手段,探讨了RACK1蛋白对生长素和脱落酸介导的根系发育的调控机理。取得了以下主要结果:
1、RACK1蛋白对拟南芥根系的发育(主根伸长与侧根发育)起正调控作用,而AGB1负调控此过程,并且RACK1蛋白参与了此过程的调控。
2、外源IAA/TIBA处理下,作为生长素诱导基因的表达产物RACK1蛋白可通过改变内源IAA水平参与生长素介导的根系发育的调控。此过程受AGB1的负调控。进一步的RQ-PCR的测定结果提示,RACK1可抑制AtPIN1基因的表达,促进AtAUX1基因的表达,这可能是RACK1蛋白提高内源IAA水平的原因之一。而AGB1也抑制AtPIN1基因的表达,但对AtAUX1的表达无影响。RACK1蛋白与AGB1相互协作,或者各自发挥作用。
3、证实了水稻OsRACK1基因的表达受外源IAA/TIBA处理的诱导。作为生长素诱导基因表达产物,RACK1蛋白在水稻根系发育中也起促进作用,RACK1蛋白含量越多,IAA调控根系发育的作用越显著;TIBA会提高RACK1蛋白的敏感性。
4、外源ABA可以抑制侧根原基的发生,并且可以减缓侧根原基的发育。而此过程中,AtRACK1基因的存在使侧根原基的发育对外源ABA较敏感,缺失RACK1基因则敏感性下降。
5、各基因型拟南芥根内源ABA含量的测定结果表明,RACK1蛋白可以抑制根系内源ABA水平的提高而促进根系的发育,AGB1在这一过程中起辅助作用。
6、外源ABA处理促进了PIN和AUX基因的表达,在PIN基因的表达过程中,RACK1蛋白和Gβ亚基都起正调控作用,且两者的作用相互独立。而在AUX基因的表达过程中,RACK1对外源ABA促进AUX的表达无影响,但AGB1的正调控作用受RACK1调控。
7、低浓度ABA能够促进水稻主根伸长和侧根发生,高浓度则会抑制这两个生理过程,ABA介导的主根伸长与侧根发生途径可能是同一途径,而RACK1在这一途径中发挥着重要的调控作用。外源ABA促进anti690和日本晴根系中OsRACK1基因的表达,却会抑制ox749中该基因的表达。
8、在外源IAA刺激下,RACK1蛋白促进PIN1基因和AUX1基因的表达,通过影响根内IAA含量促进根系发育,AGB1通过该通路来抑制根系发育;在外源ABA刺激下,RACK1促进PIN1基因表达,AGB1促进AUX1基因表达,受调控影响的根内IAA与ABA相互作用,调控根系发育。