生长素运输机制研究进展

AUX1/LAX蛋白是生长素运入载体,而PIN蛋白是生长素运出载体。MDR/PGP蛋白也参与生长素运输。生长素运输是通过生长素载体将生长素载入质膜产生的内体,以及内体产生的小泡再循环实现的。生长素作为激素与形态发生素,生长素运输调控细胞的分裂与分化,同时在植物向性生长与维持植物的顶端优势中也发挥重要作用。

“生长素运输”教学案例

一、案例引入 关于生长素在植物体内的运输课本上简单用一句话概括为：“主要是从植物体形态学的上端向下端运输，而不能倒转过来运输。”为了让学生更好的理解这句话，让学生进一步理解实验设计中的单一变量和对比原则，在上习题课时我引入了2001年高考山西理科综合卷中的一道题：

中国农业大学揭示氨基酸转运蛋白CsAAP2介导生长素极性运输参与黄瓜根系发育的分子生理机制

中国农业大学园艺学院眭晓蕾教授研究组揭示了黄瓜氨基酸转运蛋白家族成员CsAAP2间接通过生长素极性运输参与黄瓜根系发育的分子生理机制。利用生物信息学发现,氨基酸转运蛋白AAP亚家族成员CsAAP2在黄瓜根系中高度表达,CsAAP2定位于根系中柱组织(维管束Vas和中柱鞘Per)的细胞质膜上。

浅议植物生理学中生长素在根中的运输问题

植物重要激素生长素与植物正在发育密切相关。有关生长素在植物根中运输的相关信息,在植物生理学教材植物生长物质这一章节中并不完整。长期以来学生对生长素运输的认识不深入,导致没有把生长素运输及生长素分布与生长素的生理功能相结合,使得学生在学习中对生长素生理作用产生了疑惑。在植物生理教材中添加这样的内容有助于学生更好的理解这样生理过程,所以完整的补充这一知识点有利于学生全面的认识这一植物激素。

生长素极性运输抑制剂(TIBA)对烟草离体花柄花芽分化的影响

在只含6-BA(2mg/L)的MS培养基上,烟草花柄外植体形态学基端膨大,上着生再生花芽,而花柄中部大多都形成愈伤组织。添加IAA(2,10,20 mg/L)后,花柄基端膨大的现象依然存在,但再生花芽的分布并不限于基端,在花柄中部、顶端都可见再生花芽。花柄外植体中部愈伤组织的形成也随添加的IAA和IAA浓度升高而受到抑制。在上述培养基中添加生长素极性运输抑制剂TIBA后,无一花柄中部能形成愈伤组织,再生花芽的形态变化也很大,有具锥形花柄的花芽、喇叭叶和一些难于确定由何种器官衍生而来的喇叭状器官。这些异于正常形态的器官发生,显然与花柄外植体中生长素极性运输受抑制有关,本文对它们的形成机理作了一些推测。

植物生长素极性运输调控机理的研究进展

生长素极性运输特异地调控植物器官发生、发育和向性反应等生理过程。本文综述和分析了生长素极性运输的调控机制。分子遗传和生理学研究证明极性运输这一过程是由生长素输入载体和输出载体活性控制的。小G蛋白ARF附属蛋白GEF和GAP分别调控输出载体(PIN1)和输入载体(AUX1)的定位和活性,并影响高尔基体等介导的细胞囊泡运输系统,小G蛋白ROP也参与输出载体PIN2活性的调节。本文基于作者的研究工作提出小G蛋白在调控生长素极性运输中的可能作用模式。

PIN蛋白在生长素极性运输中的作用

PIN蛋白是生长素流出载体,它在细胞中的不对称分布决定细胞间生长素流方向。PIN蛋白网络系统决定生长素的极性运输,为植物体各部位的细胞提供了特异的位置和方向信息。从细胞水平上介绍PIN蛋白在生长素极性运输中的作用及对PIN蛋白功能调节的研究进展。

荠菜生长素极性运输基因1(CbPIN1)的克隆与表达分析

为了探讨荠菜PIN1基因的生物学功能,根据Gen Bank中拟南芥PIN1氨基酸序列,设计同源引物,通过RT-PCR技术,克隆了荠菜PIN1基因(CbPIN1)编码区c DNA序列;生物信息学方法分析了荠菜PIN1蛋白结构特征,并进行了亚细胞定位与原核表达;荧光定量PCR方法检测了PIN1组织表达特性;构建了植物表达载体p BI121-CbPIN1,并获得转基因植株。结果表明,CbPIN1 c DNA序列全长1 869 bp,C+G含量为49%。Blast比对结果显示,CbPIN1与拟南芥PIN1基因高度同源,相似性高达93%。进一步分析发现,CbPIN1可编码1条622个氨基酸的多肽,CbPIN1蛋白分子质量为67. 05 ku,等电点为9. 02,碱性氨基酸(K、R)个数为49,酸性氨基酸(D、E)个数为42,疏水氨基酸(A、I、L、F、W、V)个数为241,极性氨基酸(N、C、Q、S、T、Y)个数为157。CbPIN1属于跨膜蛋白,含12个丝氨酸磷酸化位点,1个苏氨酸磷酸化位点。亚细胞定位结果显示,CbPIN1定位于细胞膜; CbPIN1在荠菜不同组织均有表达,其中,根中表达最高,种子中表达最低。原核表达显示CbPIN1蛋白大小87. 05 ku。过表达荠菜植株中CbPIN1基因表达量均显著增加。试验结果为进一步分析CbPIN1在荠菜器官发育中的作用奠定了基础。

生长素极性运输抑制剂(综述)

概述了在研究中常用的一些生长素极性运输抑制剂的种类、抑制的作用机理和抑制剂及其受体在植物生长发育中的重要作用。

生长素运输方式的备考策略

生长素的运输方式包括'横向运输''极性运输'与'非极性运输',而生长素的横向运输与极性运输是'植物生长素的发现'这节课的教学难点,在备考中,需要教师引导学生去挖掘课本中科学家经典实验涉及的科学思维,更需要教师激发学生的兴趣与探究能力,引导学生设计出比较严谨的科学实验,不断培养学生的理性思维与科学探究能力。一。

Rabdosinate调节生长素极性运输蛋白PIN1、PIN3和PIN4抑制拟南芥幼苗根生长

利用3种拟南芥生长素极性运输外运载体突变体及4种转基因株系研究了二萜rabdosinate抑制拟南芥幼苗主根及侧根生长的作用机制。结果显示,60~80μmol·L^-1的rabdosinate显著抑制野生型拟南芥幼苗主根生长及侧根形成,而对突变体pin1、pin2和pin3主根未显示明显的抑制效应,对侧根的抑制减弱;发现rabdosinate(60~80μmol·L^-1)引起生长素报告株系根尖DR5活性升高,并增加融合蛋白PIN1-GFP丰度以及减少PIN3-GFP和PIN4-GFP的丰度。推断rabdosinate可通过增加PIN1丰度促进了根部生长素向顶运输,而减少PIN3丰度降低根尖部生长素的横向转运,引起了生长素在根尖部的累积及生长素浓度梯度的改变,进而抑制幼苗主根生长及侧根发育。

拟南芥液泡分拣蛋白AtVPS25调控植物生长素响应的功能分析

【目的】鉴定生长素胁迫条件下纯合突变体vps25的表型,获得拟南芥液泡分选蛋白AtVPS25的互作蛋白,并分析AtVPS25和其互作蛋白在生长素响应过程中的功能及其分子机制。【方法】根据"三引物法"鉴定突变体;通过观察拟南芥vps25突变体在外加生长素的培养基上的表型,鉴定AtVPS25的功能;以AtVPS25为诱饵蛋白,采用泛素分离系统筛选在拟南芥中与其互作的蛋白;利用酵母互作试验和双分子荧光互补试验(BiFC)验证AtVPS25与AtAIR12(for Auxin-Induced in Root cultures)的互作关系;鉴定AtVPS25和AtAIR12蛋白在植物细胞中的定位情况;采用Real-time PCR方法,分析在生长素处理条件下,部分生长素运输相关基因在拟南芥vps25突变体中的表达变化。【结果】Real-time PCR结果显示,10μmol·L-1 IAA处理条件下,在野生型拟南芥(WT)中,AtVPS25的表达量随着胁迫时间的增长而增高,并在12 h达到最高,约为0 h的40倍,证明AtVPS25受生长素处理的诱导表达。利用泛素分离系统筛库获得AtVPS25的互作蛋白AtAIR12、AtVPS25与AtAIR12全长蛋白序列的酵母双杂交试验证明AtVPS25与AtAIR12互作。亚细胞定位试验证明AtVPS25定位在细胞膜和细胞质中,AtAIR12定位在细胞膜及叶绿体膜上。BiFC(双分子荧光互补)试验结果显示,AtVPS25蛋白与AtAIR12蛋白互作,并且互作位点在细胞膜和细胞质中。突变体鉴定获得纯合突变体vps25。vps25在0.1 mg·L-1 IAA条件下生长,表现为主根伸长受到抑制,并且相对同一条件下的WT的主根长度差异极显著(P<0.01),而同时侧根数无明显差异,这与已报道的air12-1突变体在生长素处理条件下的表型相似。10μmol·L-1 IAA处理时,在WT背景条件下,AtAIR12的表达量对IAA响应明显,并且随着胁迫时间的增长而增高,在12 h时达到最高,约为0 h的80倍,证明10μmol·L-1 IAA处理条件下,WT中AtAIR12表达量的变化趋势与AtVPS25完全相同。同时在vps25突变体背景条件下,AtAIR12的表达相对于WT受到抑制,在0-24 h表达量无明显变化。此外,在vps25突变体背景条件下,生长素输出载体基因AtPIN2相对于WT中表达量降低,生长素输入载体基因AtLAX2相对于WT中表达量提高。【结论】拟南芥液泡分拣蛋白基因AtVPS25受IAA诱导表达,参与调控植物主根的发育,AtVPS25可以与生长素响应蛋白AtAIR12在细胞质和细胞膜上互作,AtVPS25调控部分生长素相关基因的表达,AtVPS25通过调控这些下游基因的表达影响生长素在根部的响应。AtVPS25与AtAIR12的调控机制需要进一步深入研究。

钙离子对半夏叶柄珠芽位置效应及其生长素含量的影响

研究Ca2+对半夏叶柄珠芽形成位置的影响。在MS+6-BA1mg/L+IAA0.5mg/L+3%蔗糖培养基中添加不同浓度Ca2+,观察正置培养的叶柄珠芽形成情况并测定内源生长素(IAA含量)。结果表明:对照Ca2+为3mmol/L培养基中,珠芽10.56%在其上端生成,92.22%在下端生成;低浓度和高浓度Ca2+对半夏叶柄珠芽形成位置有影响,Ca2+为1.5mmol/L和8mmol/L时影响最显著,正置叶柄的珠芽大多数在叶柄的上端形成,形成率最高达87.22%。内源IAA测定表明:在Ca2+为3mmol/L培养基中,叶柄上端的IAA浓度高于下端,珠芽在下端生成。在Ca2+为1.5mmol/L和Ca2+为8mmol/L时,叶柄上端的生长素浓度低于叶柄下端,珠芽多在叶柄上端生成。因此,叶柄上下两端的生长素浓度差异影响了半夏珠芽的形成位置。

生长素极性输出载体PIN的研究进展

生长素极性运输几乎参与植物生长发育的每一个阶段,生长素在时间和空间上的动态分布主要依赖于生长素极性输出载体PIN-FORMED(PIN)蛋白的极性定位和输出活性.着重从磷酸化调控、极性锚定、胞内运输等方面介绍最近5年有关PIN蛋白极性定位领域中所取得的最新进展.归纳总结PIN蛋白极性定位和输出活性的分子调控机制,为进一步剖析PIN介导的生长素极性运输机制提供新的见解和思路.

钙信号试剂对水稻种子根负向光性生长的影响

为了探讨水稻根负向光性形成与钙信号传导的关系,以水稻种子根为材料,用不同浓度的钙信号试剂[氯化钙、钙通道有机阻断剂异搏定、钙通道无机阻断剂氯化镧、钙调素抑制剂氯丙嗪(CPZ)以及生长素极性运输抑制剂NPA]处理水稻种子根,以1/10Hoagland培养液为对照,并用100～200μmol/(m2.s)单侧光照射24h。实验结果表明,适量的CaCl2使水稻种子根负向光性增强并使其生长加快,负向光性增强是由于外源Ca2+进一步促进生长素从向光侧向背光侧运输引起的,与生长速率加快无关;同时,随着钙通道有机阻断剂、无机阻断剂、钙调素抑制剂以及生长素极性运输抑制剂浓度的上升,水稻根的负向光性及生长均受显著抑制,当异搏定的浓度大于100μmol/L,LaCl3的浓度大于12.5μmol/L,负向光性消失,种子根的生长也受到严重的影响;而60μmol/L钙调素抑制剂氯丙嗪、6μmol/L生长素极性运输抑制剂NPA也使得根负向光性消失,根的生长几乎停止;向LaCl3溶液、异搏定溶液以及NPA溶液中添加100μmol/L CaCl2可使负向光性及生长速率得到不同程度的恢复,表明钙离子作为第二信使系统,与生长素相互作用,参与光信号调控水稻根生长和负向光性形成。

铅胁迫下吲哚乙酸对狗牙根铅累积及生理特性的影响

为明确外源生长素对狗牙根在铅(Pb)胁迫下的作用与机制,本研究以Pb耐性植物狗牙根为对象,在盆栽试验条件下,对处于324.4 mg·kg^(-1)土壤Pb胁迫下的狗牙根叶面喷施不同浓度的(0、1、10、100 mg·L^(-1))吲哚乙酸(IAA)与5、10 mg·L^(-1)的生长素极性运输抑制剂(NPA),探究外源IAA对狗牙根的生长、生理特性及Pb积累的影响。结果表明:外源IAA使狗牙根IAA与细胞分裂素(CTK)含量升高,脱落酸(ABA)含量及吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性降低,促进了狗牙根在Pb胁迫下株高、根长、地上和地下部干重的增加。其中,喷施10 mg·L^(-1)IAA效果最好。与对照相比,10 mg·L^(-1)IAA叶面喷施处理使株高、根长及地上与地下部干重分别提高了32.4%、30.1%、32.2%和25.5%,叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素含量分别升高到对照组的1.35、1.36和1.21倍,叶与根中的Ca2+与可溶性蛋白含量显著上升。10 mg·L^(-1)IAA叶面喷施还改善了狗牙根体内的抗氧化指标,表现为丙二醛(MDA)含量相较于对照组显著下降,过氧化物酶(POD)活性显著升高。此外,10 mg·L^(-1)IAA叶面喷施促进了根对Pb的吸收和固定,同时抑制Pb的根-冠转移。但喷施NPA加重了Pb对狗牙根的生长抑制且该生长抑制具有对NPA的剂量依赖效应,10 mg·L^(-1)NPA的抑制效果最强,削弱了狗牙根内源激素对Pb的应激效应、降低了叶绿素荧光参数与光合色素含量、提高了狗牙根地上部分Pb含量、导致MDA含量升高。综合分析表明,本试验条件下狗牙根喷施10 mg·L^(-1)IAA效果最佳,通过增强狗牙根对Pb的激素应激反应、提高光合作用和抗氧化能力改善了植株生长;同时通过提升胞内Ca2+与可溶性蛋白含量抑制了Pb的根冠迁移,从而降低膜脂质过氧化水平,缓解了Pb胁迫下狗牙根的氧化损伤。本研究结果丰富了狗牙根耐Pb机制,并为应用外源IAA缓解植物Pb毒害提供了科学依据。

千日红无菌苗生长及试管开花诱导

为进一步探究千日红(Gomphrena globosa)无菌苗生长和试管开花诱导机制,在组培条件下,以带顶芽的千日红茎段为对象,研究培养基中蔗糖含量、外源激素种类(细胞分裂素BA和生长素NAA)及浓度、生长素运输抑制剂(TIBA和NPA)对氮诱导的千日红生长和试管开花的影响。结果表明,蔗糖是千日红无菌苗生长和开花诱导最关键的因素,在不含蔗糖的培养基中,开花率为0且生根较少;随蔗糖含量的增加开花率逐渐提高,并在80g·L^(-1)时达最大(80.72%);而根系长度和数量及植株长势在蔗糖含量为20~40g·L^(-1)时较好。BA对无菌苗生长和开花的诱导效应大于NAA,当BA浓度为1.0mg·L^(-1)时,开花率达最大值60.14%,此时无菌苗长势也较好;而NAA对各指标均无显著性影响。TIBA明显降低了千日红试管开花率并且显著抑制根系的生长,而且在同等条件下对开花率和各生长指标的抑制效应大于NPA。综上所述,氮诱导千日红离体开花和正常生长过程中蔗糖是不可缺少的,并且受外源细胞分裂素的影响和体内激素的调控。

花生开花下针期^(14)C-生长素的运输与分布

为研究花生开花下针期生长素在植株中的运输与分布规律,以‘中花4号’花生为试验材料,以14C-IAA为示踪物,对花生不同部位中14C-IAA的分布进行放射自显影定位分析,并利用液体闪烁计数仪进行定量检测。结果表明:涂布于花生主茎顶叶的14C-IAA在处理48h后向根和茎中的转运量增加,向下运输的速率约为5mm·h-1。通过浸泡处理进入根系的14C-IAA具有向顶传导的能力,但在根系中的滞留量较高,处理24h时14C-IAA向地上部分转运的能力较强。涂布于果针着生部位上方茎段的14C-IAA可同时向上、下两个方向运输,且处理24h时运输能力较强。带有果针的花在涂布处理72h后其14C-IAA主要向下运输;而尚未形成果针的花涂布处理后其14C-IAA运输至不同部位的含量为:叶>茎>根。

菠萝生长素极性运输载体基因AcPINs和AcAUXs的分离与表达分析

乙烯已经被广泛应用于菠萝人工催花,但其分子机制不是很清楚。以菠萝(Ananas comosus L.‘Perola’)茎尖为材料,采用RT-PCR结合RACE方法得到3个生长素极性运输输出载体基因(AcPIN1、AcPIN2和AcPIN3)和2个生长素极性运输输入载体基因(AcAUX1和AcAUX2)的c DNA及基因组DNA全长。AcPIN1、AcPIN2、AcPIN3、AcAUX1和AcAUX2的cDNA全长分别为2 690、2 388、2 057、2 156和1 580 bp,其开放读码框长度分别为1 854、1 917、1 530、1 479和1 392 bp,分别编码617、638、509、492和463个氨基酸;其基因组DNA全长分别为3 602、3 208、4 204、5 457和2 436 bp,从起始密码子到终止密码子的长度分别为3 244、2 780、3 947、5 264和2 321 bp。氨基酸序列多重比对及系统发育树结果显示AcPINs和AcAUXs分别属于植物PINs和AUX/LAXs家族。荧光定量PCR结果表明,菠萝茎尖经200和1 200 mg·L^(-1)乙烯利诱导处理后,AcPINs的表达上调较多,其中AcPIN2在处理后的早期(1~2 d)和后期(28~37 d)显著上调,另外两个PIN家族基因AcPIN1和AcPIN3在处理后的大部分时间都明显提高。AcAUX1的上调表达量相对较少,且相对表达量显著提高也主要集中在处理初期(1 d)和后期(28~37 d),而AcAUX2的上调表达则只在处理后的前期(1、2、9 d)。研究结果表明,乙烯利诱导菠萝成花过程中,存在着生长素极性运输,且生长素极性输出在此过程中的作用可能更重要。

滇杨倒置插穗的生长素极性运输

生长素是唯一具有极性运输的内源激素,在植株生长发育过程中发挥着重要的调控作用。为探讨倒置插穗在生根发芽过程中生长素的极性运输规律,以滇杨1年生根萌苗主干制作插穗,分别正向放置和倒向放置后进行水培,采用高效液相色谱法(HPLC)测定正置、倒置插穗不同部位树皮与侧芽内生长素(IAA)和脱落酸(ABA)含量的动态变化。结果表明,不同时期滇杨正置、倒置插穗树皮和侧芽内IAA和ABA总含量的动态变化规律存在差异,极性对倒置插穗的生理生化活性有一定的影响。滇杨正置插穗树皮和侧芽内IAA的运输符合极性运输规律。倒置插穗分别在21 d和28 d之前,其树皮和侧芽内IAA的运输符合极性运输规律,即从形态学上端(插穗的下端)向形态学下端(插穗的上端)运输;之后,倒置插穗内重新建立了IAA的运输方向,即从形态学下端(插穗的上端)向形态学上端(插穗的下端)运输。正置与倒置插穗不同部位树皮和侧芽内ABA的含量从上到下依次递增,运输规律遵循向重力性。研究结果初步表明:滇杨倒置插穗内IAA的极性运输可能会发生逆转。