利用向温性筛选拟南芥温度信号突变体及s1-9根左斜向重力性机理研究

Temperature can dramatically modify the growth of plant. The majority of temperature research to date focuses on adaptation of plant to temperature extremes, such as cold and heat stress, but the mechanisms by what plants sense small changes in ambient temperature have remained elusive. To study this mechanism, we developed a forward genetic screen system to isolate mutants displaying aberrant thermosensitivity based on root thermotropic response. Root thermotropism is the movement that the root responses to changes of temperature. This means that faced to two different temperature at the same time, root will choose one temperature that is more suitable to growth. During this response, the sense and transduction of temperature signal is related, so the phenomenon of root thermotropism can be used to genetic screen of temperature mutant. Using this method, we get one mutant which named "s1-9". The root of s1-9 is left-plagiogravitropism under vertical growth, and the left-plagiogravitropism of s1-9 root is influenced by temperature and cytoknin. Under low temperature (17℃), the root of s1-9 has normal gravitropism, but High temperature (27℃) aggravates this phenotype. Cytokinin can inhibits the left-plagiogravitropism. This research will put down a long-awaited cornerstone upon which to build an understanding of ambient temperature sensing by plants and rich our understanding of root gravitropism.

关于植物温度信号，以往对胁迫温度的耐受反应及机理研究较多，但对温度如何被感受，转导及如何协调体内信号，从而保持植物适当生存状态的机制却还研究甚少。针对这种情况，我们建立了拟南芥根向温性体系。根向温性是指根面对具备一定温差的两种温度时，会选择并朝其中一个更适合的温度方向生长。这一过程涉及植物如何感受、传导、调节温度信号。因此可以利用该体系针对性的筛选温度信号途径感受或转导的相关突变体。利用该体系，我们得到了s1-9，正常垂直培养条件下s1-9的根表现为左斜向重力性，前期实验表明高温（27℃）加剧该表型（左斜角度加大），而低温（17℃）和细胞分裂素处理可以抑制该表型（根表现为正向重力性）。为更好的了解温度信号感受及转导的机制，我们决定利用根向温性继续大规模的拟南芥突温度信号变体筛选工作，同时对s1-9开展功能解析工作，以期了解温度信号如何转导并协调体内细胞分裂素从而调控拟南芥根向重力反应的机制

温度是一种重要的环境信号因子，是影响作物分布和产量的重要因素。目前植物温度信号的研究现状是对胁迫温度的耐受反应和耐受机理研究较多，但对温度信号是如何被感受，转导及如何协调体内信号，从而保持植物适当生存状态以适应环境变化的机制研究却还研究甚少。.我们在一次实验中发现拟南芥的根在面对温度变化时会产生向性运动，在同时存在两种温度且这两种温度具备一定程度的温差的环境下，根会选择适合温度的地方生长，并命名这一现象为根的向温性。根向温性体系中存在两个不同的温度，根首先要对这两个温度进行感受，通过信号转导，从而完成对两个温度的选择，最终产生向温现象，这一过程刚好涉及植物如何感受、转导、调节温度信号。因此可以利用根向温性现象来筛选参与感受、转导及调控温度信号的突变体。.基于已有研究基础，我们将本项目主要研究内容集中于以下两个方面：1.拟南芥根向温性反应突变体的继续饱和筛选，并对获得的稳定突变体开展遗传分析及基因克隆工作。2.通过 s1-9突变体分析细胞分裂素在不同温度下对向重力性的调控机制。.通过三年来的工作，我们筛选得到了3个温度信号相关的突变体，并对其中一个突变体（ckrc1）着重开展了功能研究。我们发现相比于野生型，拟南芥突变体ckrc1在不同温度下（22℃、27℃）有不同的根系统发育模式。进一步的生理实验表明，植物激素生长素和乙烯能恢复ckrc1在不同温度下（22℃、27℃）的根系统发育。乙烯通过乙烯信号通路来调控ckrc1在不同温度下（22℃、27℃）的根系统发育。另外因为生长素处理时NAA能完全恢复ckrc1在不同温度下（22℃、27℃）的根系统发育，而IAA只能是部分恢复ckrc1在27℃下的根系统发育，表明生长素运输载体可能发生改变。.而关于s1-9突变体根向重力性是与温度信号和细胞分裂素信号相关性研究方面，我们发现不同细胞分裂素受体对不同温度有不同的响应机制。而细胞分裂素响应因子ARR5和ARR9在此发挥重要作用。.基于以上发现，我们认为根向温性表型是可以用于植物温度信号突变体筛选，而ckrc1突变体的功能解析工作表明植物激素生长素和乙烯在响应外界温度信号中有重要作用。细胞分裂素在s1-9突变体根向重力性中有重要作用。.以上结果将有助于解决“植物面对温度变化时，温度信号是如何感受及转导的，以及如何调节体内信号，以保持适当生存状态从而适应环境变化”这一重要科学问题