缩节胺促进棉花侧根发育的激素代谢组学研究

DPC is a plant growth regulator which has been large-scale used in cotton cultivation in China. One of its main physiological effects is that DPC can promote the cotton lateral root development. On the basis of known knowledge of lateral root development and metabolism path of plant hormone, the aim of the project is to study the mechanism of promoting effect of lateral root initiation in DPC soaking cotton seed with metabolomics method. We will study the IAA and CTK metabonomics change in the cotyledons, plumule and the root tip, the change of GA synthesis in cotton cotyledons and plumule after the activities of CPP-synthase and ent-Kaurene synthase are inhibited, the relationship between IAA and CTK metabonomics change and the formation time and strength of auxin concentration gradient in the central main root, and the influence of the formation time and strength of IAA concentration gradient on the development of lateral root. The research is the first step for the further study of metabolism change loci of IAA/CTK and the mechanism of regulation network with DPC regulation.

缩节胺（DPC）是一种在棉花上大量使用的植物生长调节剂，促进棉花侧根发育是其主要生理效应之一。本课题在已知侧根发育机理和植物激素代谢路径研究的基础上，结合代谢组学的方法，利用DPC浸种处理过的棉花种子为材料，对DPC促进棉花侧根发育的机理进行研究。弄清DPC浸种后棉花子叶胚芽与根尖中IAA、CTK代谢组学的变化规律；DPC浸种对棉花子叶胚芽中的CPP合酶活性和贝壳杉烯合酶活性产生抑制后根中GA生物合成的变化以及这种变化与侧根发育的关系；DPC浸种后子叶胚芽、根尖中IAA与CTK的代谢组学变化与主根中部IAA浓度梯度形成时间及强度的关系；IAA浓度梯度形成规律对侧根发育的影响。该课题的完成可为DPC调控后IAA、CTK代谢变化位点的基因以及DPC作用机理的调控网络的研究打下坚实的基础。

缩节胺（DPC）是一种在棉花上广泛使用的植物生长调节剂。从80年代中期以来，我国每年80%的棉田都要使用DPC。在DPC众多的生理效应中，促进棉花侧根发生是其主要生理效应之一。而根系发育的好坏直接关系棉苗的素质及其抵抗低温、干旱等逆境的能力。.本课题解析DPC调控促进棉花侧根发育的IAA、CTK的调控位点；研究DPC浸种对GA合成的影响；以及DPC浸种对主根中部IAA浓度梯度的影响及与侧根发育的关系，从而揭示DPC处理对棉花种子侧根发生的激素机理。.通过实际执行，课题组已完成预期实验内容。我们经过质谱测定及代谢组学分析发现，DPC处理降低棉花幼苗中IAA酰胺结合态IAA-Gly、IAA-Leu、IAA-Met和IAA-Phe的含量，增加了根中IAA含量。通过分子生物学方法检测及验证表明，DPC浸种处理调控了IAA结合态水解酶基因GhILR1、GhILL6b、GhIAR3a和GhIAR3b，使其表达量增加。验证了GhILR1、GhIAR3a和GhIAR3b基因编码的酶具有水解IAA酰胺结合态的活性，并发现只有GhIAR3a能够高效的水解IAA-Ala。通过双抗夹心ELISA方法测定，表明DPC浸种处理增加了GhIAR3a的蛋白量。证明DPC处理后IAA含量增加的主要原因是促进了结合态IAA的分解，而不是从头合成的加快；DPC浸种处理还促进CTK合成途径中GhLOG1和GhLOG8基因的表达，增加棉花幼苗子叶中Z/ZR和IP/IPA的含量；抑制GA合成途径中GhCPS、GhKS、Gh20ox1和Gh20ox2的基因表达，GA的代谢基因Gh2ox1和Gh2ox2表达量上调，促使GA1+3含量降低；通过免疫荧光技术，发现主根中部IAA浓度梯度与对照相比明显增加，促进侧根的起始，从而增加了侧根的数量。因此，DPC浸种处理，调控IAA结合态水解，促进CTK合成，提高IAA和CTK含量，降低GA含量，并通过提高主根中部IAA浓度梯度，促进棉花侧根起始。.本课题揭示了DPC促进棉花幼苗侧根发育的激素机理，为DPC的科学施用提供理论依据，为其与其他生长调节剂的共同施用提供理论指导。