PtoWOX11/12a基于生长素负反馈回路调控杨树侧根形成的机理

The root system of tree is responsible for anchorage to the soil as well as for minerals and water uptake. Auxin play crucial role on lateral root formation that is very important for root systems architecture. We found that PtoWOX11/12a that is induced by auxin negatively regulate lateral root formation, however, the molecular mechanism is unclear. So, we proposed that PtoWOX11/12a regulate lateral root formation via negative feedback circuit-mediated auxin response in Populus. Firstly, this project is intended to analysis precise expression pattern of PtoWOX11/12a during lateral root formation process using cell biology method. And then, the function of PtoWOX11/12a and auxin response on lateral root formation will be identified. At last, the interaction between auxin and PtoWOX11/12a will be analysised by RT-PCR and Chip-Seq. It is very important for roor system formation and Populus breeding to uncover the molecular mechanism of PtoWOX11/12a regulaed lateral root formatiom.

林木生长发育过程中根系主要起两方面的作用，即固定和吸收水分及矿质营养。侧根的形成是根系形态建成的一个主要决定性因素，生长素在其中起到关键作用。在前期研究中，申请者发现了PtoWOX11/12a受生长素的诱导且负调控侧根的形成，但调控机理尚不明确。基于生长素在侧根形成中的重要性，申请者提出：PtoWOX11/12a通过与生长素组成负反馈回路调控杨树侧根的形成。本项目首先结合细胞生物学的方法，分析PtoWOX11/12a参与侧根形成的具体阶段；然后确定PtoWOX11/12a对侧根的形成中的功能和对生长素响应的影响；最后探索PtoWOX11/12a与生长素途径之间的相互关系，揭示PtoWOX11/12a负调控生长素响应的分子机制，为充分揭示林木根系形成的分子机理以及基因工程育种提供科学依据。

我们在前期的初步研究中发现过表达PtWOX11抑制杨树侧根的形成，而过表达PtWOX11的功能抑制型PtWOX11SRDX促进侧根的形成，基于PtWOX11在中柱鞘中表达且受到生长素的调控，我们推测PtWOX11为生长素的负反馈因子调控侧根的形成，但是PtWOX11调控侧根形成的机理不明确。有鉴于此，我们首先详细分析PtWOX11在不定根中的表达模式，研究发现在不定根形成的早期，PtWOX11集中在不定根根冠中表达。在不定根延长过程中，PtWOX11逐渐在中柱鞘中表达，且在侧根露出部位几乎检测不到PtWOX11的表达，这表明了PtWOX11参与了侧根的形成。进一步我们通过RNAi成功构建了PtWOX11的表达下调型的株系，发现在PtWOX11RNAi株系中，侧根数目上调，表明了PtWOX11侧根发育过程中调控侧根的形成，这是PtWOX11不同于模式植物拟南芥的新功能。同时我们也发现在不定根响应机械阻力时候，PtWOX11同样参与侧根的形成，这表明了，PtWOX11不仅响应发育信号参与侧根的形成，同时响应外界机械刺激参与侧根的形成，为PtWOX11在杨树中不同于拟南芥的新功能。然后，根据PtWOX11的表达模式，我们对侧根的发育过程进行组织切片分析发现，PtWOX11RNAi和PtWOX11SRDX的根冠长度短，根冠细胞呈圆形，而PtWOX11过表达植株的根冠长，这表明了PtWOX11可能通过调控根冠细胞的发育从而影响侧根的起始。 最后，我们通过对根尖进行台盼蓝染色，PtWOX11过表达的株系几乎没有蓝色，而PtWOX11RNAi和PtWOX11SRDX根尖几乎染上蓝色，这表明了PtWOX11主要通过调控不定根根冠的程序化死亡来调控不定根的形成。本研究解析了PtWOX11在杨树侧根形成中的基本功能，为杨树根系发育和杨树的遗传改良奠定了理论基础。.我们在研究PtWOX11调控杨树侧根发育的机理之时，我们同时也发现了PtWOX11不仅在不定根的根尖中表达，而且也在愈伤组织形成和增殖中表达，并且在不定芽形成早期中也有表达。进一步研究我们发现，PtWOX11通过调控PtPLT1/2的表达，调控愈伤组织的形成，随后，PtWOX11调控PtCUC1/2促进不定芽的再生。本研究探索了PtWOX11调控愈伤组织和不定芽再生的机理，后续林木再生和基因工程育种奠定了理论基础。