论文部分内容阅读
萜类化合物在自然界中分布辽阔、种类繁多,是植物次生代谢产物中的一大类。对映-贝壳杉烷二萜化合物大量存在于唇形科香茶菜属植物的嫩叶中,目前已经分离得到了400余种。含量丰富及种类繁多的二萜可通过落叶等方式进入其生态环境,提示其对生态环境具有重要影响。研究证实,该类二萜对其他植物显示了显著的化感潜能,可参与调节植物的生长发育,促进或抑制植物幼苗根生长发育。我们进一步研究发现,该类化合物还可显著影响植物根的向地性生长。为了探究其介导植物根向地性生长的机制,本研究选择螺环内酯型分子结构的对映-贝壳杉烷二萜化合物rabdosin B,以模式生物拟南芥为受试对象,从3种摆放条件竖直(vertical,V)、子叶向左水平摆放(left horizontal,LH)、子叶向右水平摆放(right horizontal,RH),测试rabdosin B干扰拟南芥根向重力反应以及根尖弯曲部位细胞的伸长生长;利用DR5::DR5:GFP转基因株观察rabdosin B对生长素分布的影响方式,并以外源生长素NAA或2,4-D联合rabdosin B处理拟南芥幼苗以求证rabdosin B对重力向性的干扰与生长素极性运输的相关联性;使用拟南芥生长素运输载体突变体、融合蛋白标记株系、转基因报告株系,进一步探究rabdosin B在影响拟南芥向重力反应过程中对生长素的极性运输载体和生长素的分布所造成的影响及机制。主要研究结果如下:(1)拟南芥幼苗在V、LH和RH摆放条件下,20μM、40μM、60μM、80μM rabdosin B均对其根向地性产生影响,导致向幼苗左侧偏转;拟南芥幼苗在LH摆放条件下,40μM、60μM、80μM rabdosin B使其根的向重力方向的弯曲度显著增大,弯曲部位的远地侧与近地侧细胞长度比值增加;而在RH摆放条件下,相同浓度的rabdosin B使其根的向重力方向的弯曲度显著减小,弯曲部位的远地侧与近地侧细胞长度比值减小。(2)在LH摆放条件下,40μM和60μM rabdosin B处理DR5::DR5:GFP融合蛋白标记株系后其根尖近地侧表皮细胞的生长素积累明显多于对照组(仅重力条件下)的生长素积累,而在RH摆放条件下,相同浓度rabdosin B处理后近地侧表皮细胞的生长素积累少于对照组(仅重力条件下)的生长素积累,显示rabdosin B可通过调节拟南芥幼苗根的生长素不对称分布而干扰根的向地性。(3)在LH和RH摆放条件下,0.1μM NAA或0.01μM 2,4-D对拟南芥幼苗根的向重力反应没有显著影响,而40μM rabdosin B联合0.1μM NAA或0.01μM 2,4-D处理可恢复40μM rabdosin B对幼苗根向重力反应的干扰,提示rabdosin B极可能通过介导拟南芥幼苗根的生长素极性运输而干扰其向重力反应。(4)在LH和RH摆放条件下,40μM、60μM rabdosin B对pin1突变体根的向重力反应的影响与对野生型的影响相比没有显著差别;40μM、60μM rabdosin B可显著增强pin2突变体向左弯曲的角度以及aux1突变体非定向弯曲的角度,证实PIN2对rabdosin B诱导根向左弯曲没有贡献。(5)在LH摆放条件下,40μM rabdosin B使pin3-4和pin4-3突变体根弯曲的角度与0μM突变体对照组相比没有显著作用,但两者之间弯曲角度的比值和40μM与0μM野生型的弯曲角度比值有显著性差异,这提示PIN3和PIN4有可能是rabdosin B诱导弯曲的参与因子,尽管RH摆放条件下pin3-4和pin4-3突变体处理组和对照组的角度比值与野生型处理组和对照组的角度比值无显著差异;尤其值得关注的是,40μM rabdosin B诱导pin2,3,4三突变体根向左弯曲的表型显著弱于pin2突变体处理组,这进一步提示PIN3和PIN4协同效应极可能是rabdosin B导致根向左弯曲的主要环节。(6)40μM、60μM rabdosin B处理拟南芥生长素运输载体蛋白和绿色荧光蛋白融合蛋白标记株1-4 h后,生长素输出载体PIN1、PIN2、PIN3、PIN4及生长素输入载体AUX1这5种载体蛋白量均有不同程度的增加,而且PIN3和PIN4分别显示了LH摆放条件下向近地侧及RH摆放条件下向远地侧增强分布的现象,提示了PIN3和PIN4不对称定位可能对rabdosin B诱导的弯曲作用有重要价值。(7)40μM、60μM rabdosin B处理4 h后,PIN1、PIN2、PIN3、PIN4、PIN7和AUX1的转录水平并没有受到影响;综上,对映-贝壳杉烷二萜化合物rabdosin B使拟南芥幼苗根向其左侧偏转进而干扰拟南芥根的向地性生长,该化合物极可能通过定向调节拟南芥幼苗根PIN3和PIN4在其小柱细胞的分布,进而引起生长素的分布发生改变,最终导致根右侧细胞伸长大于左侧而向左偏转。