葡萄根源ABA对根域限制的响应及其与根系构型形态建成的关系

Plant growth direction relays on root system architecture, and ABA（absicsic acid） plays an important role in formation of root system architecture. As a new fruit cultivation technology compared to traditional concept, root-zone restriction can effectively repress vegetative growth and improve reproductive growth in grapevine. Former research showed that root sourced ABA level increased remarkably and root system architecture changed significantly under root-zone restriction；did root-sourced ABA act as the signal of root-zone restriction which guide the formation of root system architecture and growth of vine? To clarify this question, grapevine root system will be treated by root-zone restriction, exogenous ABA and FLU(inhibitor of ABA biosynthesis), to analyze the effect of root-zone restriction and ABA on formation of root system architecture. Except the former treatments, recovering restricted root-zone and decreasing root density will also be adapted to investigate the biosynthesis, distribution and physiological effects of root-sourced ABA. Furthermore, highthroughput transcriptome sequencing to reveal root gene expression profiles of grapevines induced by root-zone restriction and ABA. The relationship among root-zone restriction, root-sourced ABA and formation of root system architecture will be discussed. This research is expected to provide theoretical evidence for formation of root system architecture.

根系构型形态决定植物生长发育的方向，ABA（脱落酸）在根系构型形成过程中具有重要调控作用；根域限制作为一项突破“根深叶茂”传统栽培理论的果树栽培新技术，可有效提高果实品质和商品果产量。根域限制后葡萄根系ABA大幅升高的同时，根系总量和细根数量极显著增加，表明ABA可能作为根源信号调节了葡萄的根系构型。本研究拟通过根域限制、外源ABA和ABA合成抑制剂处理等来探讨根域限制、根源ABA与葡萄根系构型形态建成的关系；同时结合根域限制解除（容积恢复）、根系密度控制和根域水势实时变化等，分析根源ABA对根域限制诱导的响应及其与根系构型形态之间的关系，了解根源ABA的合成、分配和生理效应；此外采用转录组学技术，分析根系构型形态建成关键基因、ABA生物合成及信号转导通路基因对根域限制和ABA的响应模式，了解根域限制效应的根源信号及其诱导机理，进一步完善根系构型形态建成理论。

根系构型对于植物生长发育至关重要，然而，关于葡萄根系发生的过程鲜有报道。本研究通过对一年生葡萄‘玫瑰香’一年生长周期内根系发育进行持续性观察，分别自种植下去缓苗10天后开始采样，在种植后10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、125天共进行12次采样，并拍照记录。根据不同类型根发生特点将葡萄根系发育分为五个阶段，即初始栽培期、根系萌动期、根系变化期、根系形成期以及根系稳定期。对‘玫瑰香’葡萄12次采样时期根中脱落酸（ABA）含量测定，发现ABA含量随着根系发育逐渐增加，并在根系稳定期达到稳定状态，ABA含量变化在10-80 ng/g.FW之间。对参与ABA合成、降解、结合和信号转导的11个限速酶基因在玫瑰香葡萄不同组织根、茎、叶、花、果中进行组织特异性表达分析，发现VvPYL1在根中表达最高。根系发育不同阶段的时空表达分析发现VvPYL1在根系萌动期和根系变化期表达较高，后期表达低。拟南芥中过表达VvPYL1后，相比于野生型，3个转基因株系表现出较长的根毛，并且，转基因株系对外源施用的ABA敏感，在1/2 MS培养基中加入ABA后，转基因根毛恢复野生型状态或者比野生型还短。此外，过表达VvPYL1的拟南芥比野生型显示出更强的耐旱性和更长的根毛。将葡萄组培苗给与ABA处理和渗透胁迫处理，处理后的组培苗根系中VvPYL1表达量显著降低。这些结果表明，VvPYL1在葡萄的根系发育和抗旱性中起关键作用；结合前人报道拟南芥外源应用ABA会减短根毛长度，显示出ABA可能通过抑制VvPYL1表达来影响根毛发育。根域限制作为一项突破“根深叶茂”传统栽培理论的果树栽培新技术，可有效提高果实品质和商品果产量。根域限制栽培后葡萄地上部新梢长度变短，新梢直径变小；不定根数量显著增加，侧根数量增多，地下部根系根尖消失并分化出大量簇状根，且根系更新加快，呈现出不同的根系构型。