细胞特异性的生长素信号和植物根的生长发育

Auxin distributions or auxin gradients, which are jointly regulated by both auxin polar transport and local biosynthesis, plays a critical role during root growth and development. However, it is still far from clear what the contribution or specific roles of auxin signals in different tissues or cells during root growth and development. Based on the recent reports, it seems that cellular auxin signals might be crucial for both primary and lateral root development. In order to systematically investigate how cellular auxin signals and downstream regulators involve in root growth and development, we constructed UAS-VPIAA17( which simulates high auxin signaling) and UAS-IAA17mII（which simulates low auxin signaling) lines and crossed them with different cellular GAL4-activator lines (such as activators expressed in epidermis, cortex, endodermis, pericyle or stele), and examine how the increased or reduced auxin signals influence root growth and development in Arabidopsis. To this end, genetic analysis, cell sorting, transcriptome analysis and other cellular or molecular techniques will be carried out. In the end, we will clarify how cellular auxin signaling and the downstream target genes regulate root growth and development.

由极性运输和局部合成共同促成的生长素的分布或浓度梯度在植物根的生长发育过程中起重要作用。然而，植物根系不同细胞中的生长素信号对植物根生长发育贡献的大小，目前仍不清楚。但从最近的研究结果来看，无论是侧根还是主根的生长发育，细胞特异性的生长素信号可能都起着至关重要的作用。为了系统而深入的研究细胞特异性的生长素信号及其调控的下游关键基因在植物根生长发育过程中的作用机理，我们以拟南芥为材料，通过构建UAS-VPIAA17(模拟增强的生长素信号)和UAS-IAA17mII（模拟减弱的生长素信号) 转基因系，分别和细胞特异性的GAL4 activator lines （包括表皮，皮层，内皮层,中柱鞘或中柱等特异的activators）杂交，并结合遗传学、流式细胞仪筛选技术、转录组学、细胞学和分子生物学等分析技术，以阐明细胞特异的生长素信号及其调控的下游关键基因参与植物根系生长发育的分子调控机制。

尽管围绕生长素如何调控植物根系生长发育的研究近年来进展很快，一系列参与介导生长素调控根系生长发育的重要功能基因相继被鉴定出来。从目前的研究结果来看，由极性运输和局部合成共同促成的生长素的分布或浓度梯度在植物根系的生长发育过程中起着至关重要的作用。然而，植物根系不同组织乃至不同细胞中生长素信号对植物根生长发育贡献的大小，目前仍不清楚。为了系统而深入的研究细胞特异性的生长素信号及其调控的下游关键基因在植物根生长发育过程中的作用机理，我们以拟南芥为材料，通过构建UAS-VPIAA17(模拟增强的生长素信号)和UAS-IAA17mII（模拟减弱的生长素信号) 转基因系，分别和细胞特异性的GAL4 activator lines （包括表皮，皮层，内皮层,中柱鞘或中柱等特异的activators）杂交，并进行表型分析。结果发现，特异的降低表皮， 皮层，内皮层，中柱鞘及中柱的生长素信号，会导致植物根生长的严重被抑制，而且成熟植物不能正常存活或繁衍后代；相反，假如我们特异的增强表皮， 皮层，内皮层，中柱鞘及中柱的生长素信号，植物则相对正常生长，但根的生长也明显的被抑制。细胞学分析表明，抑制根不同细胞层的生长素信号导致的根伸长减慢的表型是由于细胞分裂和细胞膨大被抑制引起的；而增强根不同细胞层生长素信号导致的根伸长减慢的表型主要是由于细胞分裂被抑制引起的；与之对应，特异的抑制根不同细胞层的生长素信号会严重影响根上细胞分裂及细胞壁编码基因的表达。通过特异的在根不同细胞层表达生长素合成编码基因YUC4分析发现，特异的增加生长素在表皮，皮层和内皮层的合成，能够显著抑制根的生长，但特异增加生长素在中柱鞘和中柱的合成，对根的生长没有明显的影响，而且我们的研究也表明，很可能在中柱鞘和中柱的过量合成的生长素，能够被运走，从而具有更强的缓冲能力。