生长素极性运输与钙信号对水稻根负向光性影响

为了探讨水稻根负向光性反应中生长素极性运输与钙信号传导相互关系，利用水稻根负向光性的特点，在对根尖进行单侧光照射的同时，用生长素极性运输抑制剂、钙通道和钙调素抑制剂处理水稻根尖，以探讨生长素极性运输与钙信号传导在水稻根负向光性中的作用。用Latrunculin B和BFA处理后，再用FM4-64标记，观察抑制剂对根尖囊泡转运的影响。用克隆得到的水稻根尖的PIN1基因，构建PIN1:GFP融合表达载体并对转化水稻，以转基因水稻根系为材料，在单侧光照条件下，用生长素极性运输抑制剂和钙信号抑制剂处理后，在激光共聚焦显微镜下观察根尖PIN:GFP融合蛋白转运情况，以期探明水稻根尖单侧光照能否引起生长素极性运输？生长素极性运输与如何引起钙信号的传导及其它们之间的互作关系。在理论上，为阐明光信号调控植物光形态建成提供新的研究内容与模式；在实践上，可为水稻抛秧立可为水稻抛秧立苗机理和太空植物种植提供新理

为了探讨水稻根负向光性中IAA极性运输与钙信号功能，在植物生理和分子生物学方面实验表明：适量的CaCl2使根负向光性增强，随着钙通道阻断剂、钙调素抑制剂以及NPA浓度增大，根负向光性弯曲受显著抑制，此时加入外源的CaCl2后，抑制程度有所缓解，表明钙信号参与水稻根负向光性形成；根尖受单侧光照射后，有多个OsPINs参与根负向光性形成，表达量有不同程度增加，但增加的时间点上有区别。对IAA信号及钙信号转导相关的12个基因定量PCR检测发现，根负向光性形成需要IAA极性运输、钙信号转导共同协作；克隆了OsPIN1a，OsPIN1b和OsPIN1d三个基因全长，ORF分别为1788bp、1665bp和1497bp，构建了带有GFP和GUS标记表达载体对水稻转化，获得高表达OsPIN1a水稻。转基因水稻根负向光弯曲角度比野生型高约8.2-14.0%，对OsPIN1a蛋白两个Ser位点用Val代替突变，OsPIN1a蛋白失去磷酸化功能，说明OsPIN1a通过磷酸化导致下游信号转导；转基因水稻植株的IAA含量在不同株系之间有差异，转OsPIN1a基因对水稻植株IAA含量影响不大；激光共聚焦电镜发现OsPIN1a-GFP在根尖各部分均有分布，以在细胞膜为主；受单侧光照射后，背光侧OsPIN1a-GFP荧光强度明显比向光侧强，受外源BFA和TIBA处理，不均匀分布受到抑制，使OsPIN1a-GFP在细胞内聚集，负向光性弯曲也受到影响；转基因水稻根尖、叶片和幼穗中均有OsPIN1a表达，根尖、花药和柱头GUS活性最强；气培条件下，外源IAA显著促进根尖OsPIN1a-GFP含量增加，根尖向含贴有IAA琼脂块方向弯曲生长，说明根尖内通过OsPIN1a对IAA极性运输，使两侧IAA分布不均，导致根尖向光侧细胞伸长，背光侧细胞变短的不均匀生长，负向光性弯曲形成。.外源IAA显著促进根毛形成，并需要OsPINs基因家族多个基因参与，如OsPIN1a，OsPIN1b，OsPIN1d，OsPIN2，OsPIN8和OsPIN9这6个基因在IAA诱导根毛形成时表达量明显上调，促进根尖及根毛OsPIN1a-GFP含量增加。也能使OsPIP2-1，OsPIP2-3，OsPIP2-5，OsTIP1-1，OsNIP1-2和OsSIP2-1等多种水通道蛋白基因表达量增加，说明根毛形成需要多种水通道蛋白参与。