细胞壁在铝诱导花生根尖细胞程序性死亡中的作用

Critical aluminum binding composition and binding site on the cell walls of peanut roots (PCW) and thereby the resulted structure changes of PCW during programmed cell death (PCD) induced by aluminum is identified by novel bioimaging of atomic force microscopy (AFM), using peanut root as research material. Subsequently, the interaction between aluminum and PCW from several species of peanuts will be investigated. Moreover, genes encoding the identified aluminum binding compositions are cloned and expressed in transgenic plants, in which detailed analysis of the parameters including PCW compositions, aluminum capacity and binding sites and PCW structure are performed. Consequently, a mechanism model of PCW functions during PCD induced by aluminum will be supposed by combining morphostructure, physiology and biochemistry, and molecular biology, which will provide a new insight for understanding the true mechanism of plant tolerance to aluminum.

以花生铝耐性品种和敏感品种为材料，以细胞壁在铝诱导花生根尖细胞发生细胞程序性死亡过程中的作用为核心，利用原子力显微镜等新技术，鉴定在铝诱导PCD条件下花生根尖细胞壁结合铝的主要结合成分和结合位点，观察细胞壁空间结构变化，测定不同品种细胞壁的生物组分含量、铝结合量，对细胞壁结合铝的主要组分合成的相关基因进行克隆和表达，利用转基因材料进一步分析铝诱导PCD条件下细胞壁的生物组分含量、铝结合量、铝结合位点和细胞壁空间结构变化。从形态结构、生理生化和分子生物学三个方面阐明细胞壁在铝诱导PCD中的作用机制，对阐明植物耐铝机制具有重要意义。

以花生铝敏感品种中花2号和耐铝品种99-1507为材料，以细胞壁在铝诱导花生根尖细胞发生细胞程序性死亡过程中的作用为核心，鉴定在铝诱导PCD条件下花生根尖细胞壁结合铝的主要结合成分和结合位点。数据表明，花生根尖细胞壁结合铝的主要结合成分和结合位点为半纤维素1。铝敏感品种ZH2根尖细胞壁对铝具有较高的吸附能力和较低的解析能力，而耐铝品种99-1507则表现出较低的吸附能力及较高的解析能力，表明细胞壁对铝的吸附和解析能力的差异是花生耐铝性存在差异的主要原因。同时筛选到相关细胞壁半纤维素相关基因XTH32, 获得其全长882bp，利用转基因材料、突变体及恢复系进一步分析其功能，发现XTH32促进拟南芥的根毛大量伸长生长，同时增强了抗铝性，属于正调控因子，推测通过降低细胞壁与铝结合，维持细胞壁的刚性，抑制PCD发生从而提高植株的抗铝性。此外，表明发现外源NO通过提高根尖细胞壁果胶甲基脂化水平，调控XTH32的表达，减少细胞壁Al3+结合位点，使根尖细胞铝含量减少并恢复细胞壁的延展性，从而缓解铝诱导花生根尖PCD。