KNAT1在拟南芥根波动生长中的分子调控机理

That roots in soil obtain maximize water and nutrient is considered as a key procedure to make sure maximize yield of crops. Intense effort now focuses on engineering crop root architecture. The amount and direction of growth is controlled by mechanical (touch) and gravity forces that are sensed in the root tip. Root waving (including curling) and skewing are common growth behaviors when plants are grown on a hard surface that roots cannot penetrate. These growth behaviors affect growth rate of roots, density and distribution of lateral roots. Thus, study the control mechanism of root growth behaviors is not important to uncover the regulation of root development, but also can be used as an important reference in crop culture. In this study, we plan to focuses on molecular mechanism of KNAT1 on regulating waving growth of Arabidopsis thaliana roots. Firstly, analysis of root waving of KNAT1 mutants and related auxin transport mutants by using living image techniques and a root phenotyping method. Secondly, analysis and identification of the molecular basis and key points of KNAT1 regulating root waving. Finally, examine the function of the candidate key genes on controlling root waving growth to uncover the molecular mechanism of KNAT1 on regulation of root waving.

根从土壤中最大限度地获得水分和矿质营养是保证作物高产的前提，因此，构建理想的植物根系是作物育种和空间生命生态系统植物品种选育的重要内容之一。根生长方向和程度主要受到重力和土壤颗粒表面机械力的共同调控，主要表现为偏向和波动（包括卷曲）两种表型。这两种表型对于根系的生长速率、侧根密度和分布都有决定作用，因此，研究根的偏向和波动生长的调控机理，不仅对于揭示根的发育调控机制有重要的理论意义，同时，对于作物育种也有重要的参考作用。本申请拟主要聚焦KNAT1 在根波动生长中作用的分子调控机理。首先，利用表型组学的方法通过实时图像技术定量分析KNAT1突变体及相关的生长素运输突变体根的波动，解析KNAT1在根波动生长中的功能。其次，利用转录组分析与鉴定KNAT1调控根波动生长的分子基础和关键点。最后，对上述鉴定的关键候选基因进行功能验证，揭示KNAT1在根波动生长中作用的分子调控机理。

根从土壤中最大限度地获得水分和矿质营养是保证作物高产的前提，因此，构建理想的植物根系是作物育种和空间生命生态系统植物品种选育的重要内容之一。根生长方向和程度主要受到重力和土壤颗粒表面机械力的共同调控，主要表现为偏向和波动（包括卷曲）两种表型。这两种表型对于根系的生长速率、侧根密度和分布都有决定作用，因此，研究根的波动生长的调控机理，不仅对于揭示根的发育调控机制有重要的理论意义，同时，对于作物育种也有重要的参考作用。本项目通过对KNAT1表达缺失突变体bp5及其过表达植株35S::BP幼苗在倾斜培养基生长根的波动和侧根密度表型统计分析， 发现KNAT1可能负调控拟南芥根波动生长表型和侧根的发育。进一步构建了proKNAT1::GUS野生型背景植株，发现KNAT1在波动生长的根内皮层和维管束鞘组织中有高丰度的表达，与生长素转运载体ABCB19 在根组织中表达有共定位。通过杂交获得了bp5/abcb19双突变体，证明KNAT1可能是通过调控ABCB19相关的生长素转运途径来调控根的波动生长。通过转录组分析鉴定了KNAT1调控根波动生长相关的转录组，发现KNAT1-ABCB19途径调控根波动生长主要在于生长素转运、信号转导和细胞壁伸展方面功能，其中受到KNAT1和AuxREs双重直接调控的IAA6，LTP 和一个未知的氨基转移酶基因KNAT1-ABCB19途径的关键基因。这些发现为后续利用KNAT1-ABCB19途径根据不同硬度的培养介质构建理想根系提供了新的思路。