文献视频精讲61IntJMo

文献解读

应对限根栽培独脚金内酯在葡萄根系构型调控中的作用期刊：InternationalJournalofMolecularSciences（5.）发表时间：.08研究背景有研究表明，在RR（root-restrictioncultivation限制栽培）栽培下，葡萄藤的根构型能发生显著的变化。此外，葡萄果实品质也得到显著改善。SLs（独脚金内酯）在调控根系生长发育和地上部分枝等方面起着重要作用。例如：其通过抑制初始细胞的第一次形成性分裂来抑制拟南芥和豌豆不定根(AR)的形成；SL应用于水稻和番茄的实验表明，SL能正向调节冠根长度，以及抑制侧根的生长。然而，SLs在RR栽培条件下调控葡萄根系构型中的作用还有待进一步研究。因此，本研究首先研究了RR栽培对葡萄根系构型、内源SLs及其相关基因表达水平的影响。此外，还阐明了GR24对葡萄根系生长发育、内源SL含量及其相关基因表达的影响。

材料与方法

1.植物材料：采用玫瑰香葡萄品种，种植在RR和传统地面下(作为对照组)。RR组的葡萄藤种植深度为40厘米，直径为30厘米。栽培介质为壤土、粪肥和河沙的混合物(1:1:1;v:v:v)。对照组的葡萄藤苗用相同的培养基在大田种植，不限制生根区。所有藤蔓在南北方向的行距为60×60厘米，并使用单一卷须生长系统。GR24处理所用玫瑰香葡萄品种的生长条件相同。2.植物取样：实验材料于年3月29日移植。分别在第10、25、40、55、70、85、、、、、和d对限根(RR)和非限根(NR)植株进行观察和取样。葡萄全根系统均匀分布，在黑色背景下拍摄。同时，收集幼根，称重，立即放入液氮中，然后将其储存在?80℃下。3.外源GR24处理：40d后选择生长稳定的试管苗进行GR24处理。用mLGR24溶液0μM(对照)、0.1μM和10μM均匀浇灌每株试管苗。处理共进行3次，每次间隔6d。在第3次处理后1、5、12和20d采集幼根，立即放入液氮中，在?80℃下贮藏。4.根系形态评价：从每个植株中随机选择四个不定根(AR)，扫描后，用根系分析系统对根系形态参数进行根系长度、直径、表面积和根尖数分析。5．石蜡切片样品制备：d后，对RR组和对照组的根系进行细胞结构分析。6.SL含量测量、RNA的分离和cDNA的合成、qRT-PCR分析、统计分析

研究结果

1.限根与非限根栽培下葡萄根系发育特性及观察：RR（限制）和NR（非限制）栽培下12个时间点的根系取样表型分别为RR1-12和NR1-12(图1A)。采样期1，两种栽培方式均未形成新根。采样期2，两种栽培方式的植株都开始长出幼嫩的新根，但根系构型没有表现出明显的差异。采样期3，在RR栽培下，幼根在ARs(不定根)末端成簇生长，而对照组幼根散布在整个ARs上。从采样期4开始，RR组和对照组的根系构型开始明显不同，采样期7差异明显(图1A)。在RR栽培条件下，ARs消失较早，促进了根冠中大量丛根的生长。与对照组相比，RR组新生根的重量较高，ARs呈弯曲状，但较薄(图1C,F)。同时，丛根比对照组更长、更粗(图1D,E)。在RR栽培后，葡萄的根构型发生了变化，这与根系的形状和大小的变化密切相关。如图2A所示，在RR培养下，新ARs中的细胞数量增加，细胞排列紧密，同时新的AR根尖的纵切面显示出比对照更短的根冠(RC)(图2B)。2.限根和非限根栽培下葡萄根系内源SL含量的变化：为探讨RR对葡萄根系发育过程中内源SL含量的影响，测定了RR栽培条件下1年生葡萄自根植株幼根SL含量。结果表明，移植后40、、和d，葡萄根中均检测到(±)20-epi-5-deoxstrigol(DS)和strigol。如图3所示，在40d和d时，(±)20-epi-5-ds含量的变化高于Strigol。40d时，RR组根系(±)20-epi-5-ds和strigol含量均显著低于对照组。相反，在、和d时，RR组根中(±)20-epi-5-ds的含量分别约为对照组的6.93、1.36和1.12倍。RR组根部strigol含量在DAT时显着高于对照组，而在40和DAT时显着低于对照组。总体而言，在4个采样期内，RR组葡萄根中两种SLs的总含量均呈先升后降的趋势，而对照组则呈现先降后升的趋势。3.限制栽培条件下葡萄根系SL生物合成基因的表达：qPCR结果表明，在葡萄根系生长的不同时期，RR显著影响了4个SL生物合成关键基因VvMAX1、VvD27、VvCCD8和VvCCD7的表达水平。在85d时，RR组VvMAX1的表达差异最大，约为对照组的38倍(图4A)。随后，RR组和对照组之间的差异逐渐减小，直到d。d时，RR组VvMAX1的表达显著高于对照组，约为对照组的6.02倍。在第10、70、85、和d，RR组VvD27的表达水平显著高于对照组(图4B)。在25、40和d，对照组VvCCD8的表达水平分别是RR组的2.08、11.90和1.56倍。但在10、70、、和d，对照组VvCCD8的表达水平明显低于RR组(图4C)。对照组VvCCD7表达在10~55d维持在较高水平，40d达高峰，而RR组VvCCD7表达持续增加至70d(图4D)。为了将SL生物合成基因与内源SL水平联系起来，本研究建立了激素含量与基因表达水平之间的相关关系(表S1)。相关分析表明，VvD27和VvCCD8的表达水平与(±)20-epi-5-ds含量及二者之和呈显著正相关，表明它们在SL生物合成中起重要作用(表S1)。然而，相关分析表明，4个SL生物合成基因的表达水平与新根重之间没有显著相关性(表S2)。4.限制栽培条件下葡萄根系SL信号基因的表达：如图5所示，RR显著影响葡萄根中SLs信号相关基因的表达。在整个采样期内，RR培养后VvDAD2的表达水平均高于对照组，其中RR组在25d时表达量最高，是对照组的8.1倍(图5A)。在前5个采样周期中，RR组VvMAX2的相对表达量显著高于NR组，分别约为对照组的4.17、3.78、5.45、1.53和2.30倍。反之，在85、、和d，RR组VvMAX2的表达水平明显低于对照组。与VvSMAXL4、3a、3b、6a和6b基因的表达趋势不同，VvSMAX1的表达从70d持续增加到d。在RR组和对照组中，VvSMAX1的表达水平分别在d和d达到峰值(图5C)。VvSMAXL4、VvSMAXL3a、VvSMAXL3b和VvSMAXL6b的表达趋势相似。这些相似性表明上述基因在SL信号和代谢途径中起着类似的作用。总体而言，这些基因的表达在前五个采样阶段呈上升趋势，然后下降，最后在最后四个采样阶段略有上升(图5D-F，H)。在10、40、55、70、85、、、和d，RR组VvSMAXL6的表达水平显著高于对照组，而在d时VvSMAXL6的表达水平低于对照组(图5G)。相关分析表明，几个SL信号基因的表达水平与SL含量(表S1)和新根重(表S2)不显著相关。5.SL类似物对葡萄根系构型的影响：由上实验推测SLs可能在RR栽培条件下调控根系构型的形成中起重要作用。为了解SLs在根系构筑中的作用，本研究在不同浓度GR24处理后的第5天和第20天观察和评价了根系的表型特征(图6A)。对随机选择的ARs(不定根)的分析表明，根系形态参数(根长、根径、根长和根密度、细根数和密度)的变化与处理有关。如图6B所示，在处理后5天(DAA)，根长与对照组无显著差异，而0.1和10μMGR24处理导致在20DAA时根长分别是对照组的0.77倍和0.64倍。同时，0.1μMGR24处理组根直径在5d和20d显著小于对照组，分别是对照组的0.88倍和0.78倍。相反，5天时10μMGR24处理的根系直径与对照差异不显著，20天时10μMGR24处理的根系直径显著小于对照。由此可见，SLs具有抑制根增粗的作用。通过测量AR上LR(侧根)的长度和密度，在5DAA和20DAA时，10μMGR24处理可抑制LR伸长。在5d和20d时，10μMGR24处理组的LR密度显著高于对照组，最大值分别达到0.41和0.44。由于细根的数量和密度直接影响植株对土壤水分和养分的吸收，因此研究者对施用GR24后细根的数量和密度进行了统计分析。结果表明，0.1μMGR24处理的细根密度显著高于对照，在5天和20天分别是对照的1.13倍和1.15倍，而10μMGR24处理效果不明显，说明低浓度的GR24促进了细根密度的增加。综上，高浓度(10μM)的GR24对LR的启动有正向调节作用，对LR的伸长有抑制作用。6.SL类似物对葡萄根系内源激素含量的影响：为了量化用SL类似物GR24处理的葡萄根系生长发育的差异，在5天和20天测定了两种类型的SLs，Strigol和(±)20-epi-5-ds(图7)。GR24处理对葡萄根系内源SL含量有显著影响。5d时，GR24处理显著降低了葡萄根系中两种SLs的总含量。在5d和20d，0.1μM和10μMGR24处理的葡萄根系中(±)20-epi-5-ds的含量均低于对照组。在5d时，0.1μMGR24处理显著降低了Strigol的含量，而10μMGR24处理的Strigol含量与对照组差异不显著。20d时，10μMGR24处理组葡萄根系内源Strigol含量为51.11pg/g，约为对照组的3.68倍。结果表明，10μMGR24处理显著提高了内源Strigol的含量，0.1μMGR24处理在20d时表现出相反的效果。此外，数据还表明，在GR24处理后的早期，Strigol的激素水平较高。将GR24处理后的内源SL水平与根系形态参数相结合，进行相关分析。相关分析表明，葡萄5DAA(表S3)和20DAA(表S4)的内源SL水平与根系形态参数无显著相关性。7.GR24处理对SL生物合成基因表达的影响：如图8所示，外源GR24处理对葡萄根系SL生物合成基因的表达有不同的影响。这些基因的表达模式有一定的相似性，VvD27、VvCCD8和VvMAX1在第1天和第5天的表达水平较低，但在第12天的表达水平显著升高(图8A)，VvD27、VvCCD8和VvMAX1的表达水平在第1天和第5天都很低，但在第12天显著升高(图8A)。如图8B所示，GR24处理的葡萄根系中VvCCD7的表达水平在第5、12、20天与对照组相比受到抑制，而不同浓度的GR24处理后VvCCD7的表达水平没有显著差异。20d时，VvCCD7的表达与根长和根径呈极显著正相关，相关系数分别为1和0.(表S5)。如图8C所示，与对照组相比，GR24处理组在20d显著抑制VvCCD8的表达，分别约为对照组的0.50倍和0.27倍。有趣的是，20d时VvCCD8的表达与根长和根径也呈显著正相关，相关系数高达0.(表S5)。如图8D所示，GR24处理显著诱导VvMAX1在1DAA时表达上调。在12d和20d，0.1μMGR24处理组的VvMAX1表达水平与对照组无显著差异，而10μMGR24处理组显著抑制VvMAX1的表达。且在20d时，VvMAX1的表达与LRs的长度呈显著正相关，相关系数为0.(表S5)。8.GR24T处理对SL信号相关基因表达的影响：为了进一步阐明外源GR24处理对葡萄根系SL信号相关基因表达水平的影响，本研究分析了VvMAX2、VvDAD2、VvSMAX1、VvSMAXL4和VvSMAXL3a、3b、6a、6b等8个基因的表达模式。如图9所示，GR24处理对SL信号相关基因的表达也有很高的影响。如图9A所示，VvMAX2的表达在5d时明显低于对照组，且其表达与根长变化呈正相关，相关系数为0.(表S6)。如图9B所示，在第5天和第12天，0.1和10μMGR24两个处理显著抑制VvDAD2的表达。作为SLs的受体，VvDAD2的表达与5d时两种SLs的总含量呈显著正相关，相关系数为1(表S6)。此外，VvSMAXL3a、3b和6b的表达量与Strigol含量呈显著正相关，相关系数为0.-0.(表S6)。但在20d时，VvSMAXL4的表达水平与两种SLs的含量呈显著负相关，相关系数为0.(表S5)。在5d时，LR密度与VvSMAXL6a显著正相关(表S6)，在20日龄时与VvSMAX1和VvSMAXL3b显著负相关(表S5)。结论本研究表明，RR培养下葡萄根系的根系结构和细胞形态发生了显著变化。在40DAT时，根限制下根中两种SL的含量均显着低于对照根中的含量。在20DAA时，根长显着短于对照组。低浓度的GR24显着降低根直径并增加细根密度，而高浓度的GR24显着降低LR长度并增加LR密度。此外，0.1μMGR24处理显着降低了内源性SL含量。在5DAA时，两个实验SL的总含量与VvDAD2的表达水平高度正相关，而在20DAA时与VvSmaxl4高度负相关。GR24处理20天后，VvCCD7和VvCCD8的表达水平与根长和直径显着正相关，VvMAX1与LR长度显着正相关，而VvSMAX1和VvSMAXL3B与LR密度均显着负相关，表明这些基因对GR24处理有反应，从而调节葡萄根结构。因此，本研究有助于阐明RR栽培影响葡萄根系结构变化的内在机制。

GrapeResearch

扫描

转载请注明：http://www.masshuanghu.com/jbby/7528.html