从木质素合成角度解析缺硼导致柑橘叶脉和根尖畸形的成因

Boron (B) is an essential microelement for normal growth and development in vascular plants, and the corky split vein and swollen root apical caused by B deficiency have seriously negative effect on growth and development of citrus and citrus production. Previous study has proven that these symptoms are involved in accumulation of lignin. However, the mechanism of the effect of B on lignin biosynthesis in citrus remained not well explored. In this study, a B sensitive citrus Trifoliate orange was used as plant material. First, in order to explore the relationship between B and lignin biosynthesis, dynamics of B and lignin content in the various parts of Trifoliate orange were examined under different B conditions; Second, cell morphology and lignin deposition were observed under different B conditions by the method of anatomy; Last, in order investigate the regulation mechanisms the key genes of citrus lignin biosynthesis pathway and their promoters were cloned, and transcriptional factors were also detected by molecular method. Take together, the results of this project will not only analyze the morphological abnormality mechanisms of vein and root tip of citrus caused by boron deficiency based on the lignin biosynthesis, but also provide an important theoretical basis to solve the B nutrient imbalances in citrus production.

硼是高等植物生长发育必需的矿质营养元素之一,由缺硼导致的叶脉爆裂和根尖膨大严重影响了柑橘的生长发育和柑橘产业的发展。前人和本项目组的前期研究表明其症状的产生与木质素的不断积累密切相关。但硼调控柑橘木质素代谢的机制，以及如何通过木质素的积累导致柑橘叶脉和根尖的畸形机制目前尚不清楚。本项目以对缺硼较为敏感的也是柑橘产业上最常用的枳为材料，首先在生理层面上通过测定不同缺硼处理时间下枳各部位硼和木质素含量的变化动态，弄清硼与木质素代谢的相关性；再通过解剖学的方法比较分析畸形和正常组织的细胞形态和木质素沉积的情况；最后通过木质素合成关键基因的克隆及其在缺硼条件下的表达分析，以及重要转录因子的功能鉴定等分子生物学手段以此揭示硼调控柑橘木质素合成的机制。综上所述，本项目的开展不仅能从木质素合成角度解析柑橘叶脉爆裂和根尖肿大的成因，还能为产业上解决由于土壤缺硼引起的阻碍柑橘生产问题提供重要的理论依据。

硼是高等植物生长发育必需的矿质营养元素之一，由缺硼导致的叶脉爆裂和根尖畸形严重影响了柑橘的生长发育和柑橘产业的发展。前人和本项目组的前期研究表明其症状的产生与木质素的不断积累密切相关。但硼调控柑橘木质素代谢的机制，以及如何通过木质素的积累导致柑橘叶脉和根尖的畸形机制目前尚不清楚。本项目从木质素生物合成角度解析了缺硼导致柑橘叶脉和根尖畸形的成因，结果如下：（1）本项目构建的柑橘缺硼症状诱导体系能快速准确的诱导得到叶脉和根尖畸形的症状，且适宜进行生理学、解剖学和分子生物学层面科学研究；（2）缺硼胁迫显著抑制了柑橘的生长发育以及硼的吸收，且植株各部位的硼含量与木质素含量呈显著负相关；（3）缺硼胁迫显著影响了柑橘木质素生物合成相关酶的活性，其中PAL和4CL酶活性在缺硼胁迫下升高最为显著；（4）柑橘畸形组织的傅里叶变换红外光谱分析、根系形态图像分析和叶片硼含量的分区分布特征分析均显示缺硼症状与木质素含量、硼含量的显著相关性；（5）解剖学分析揭示缺硼导致叶脉和根尖的木质素的积累，细胞壁增厚，从而使其木质化并失去功能，其周围新形成的叶脉或根，因无足够的硼构建细胞壁而再次坏死，不断的组织重建从而导致叶脉爆裂和根尖肿胀；（6）克隆了柑橘木质素代谢相关基因并分析了其在缺硼条件下的表达模式分析，其中PAL、4CL和CCR基因均在缺硼胁迫下显著上调表达；（7）进一步克隆并分析了柑橘木质素生物合成相关转录因子，其中PtrMYB42和PtrMYB63基因在缺硼胁迫下显著上调表达；（8）初步研究了长链非编码RNA在柑橘缺硼导致叶脉和根尖畸形中的作用。通过本项目的研究基本弄清了缺硼导致柑橘叶脉和根尖畸形的成因，相关的扩展和深入研究还在进行中。