生长素极性运输在芒果子叶切段不定根形成中的作用机制研究

Adventitious rooting is a prerequisite for the successful production of viable plant clones. It's well known that auxin plays an important role in the formation of adventitious root, but the molecular mechanism remains unclear. In a previous study, we found adventitious roots formed only at the proximal cut surface whereas no roots were formed on the distal cut surface or longitudinal cut surface of mango cotyledon segment; and the formation was closely related with polar auxin transport (PAT). PAT was determined by polar auxin transport carriers, which are encoded by AUXs, PINs, and PGPs genes. We have cloned two types of carriers of PAT in our previous study, which were MiAUXs and MiPINs. In this study, we tempt to clone another type of carriers of PAT in mango (i.e., MiPGPs). We will characterize the temporal and spatial expression of these genes by quantitative RT-PCR and RNA in situ hybridization. And then, use the immunocytochemical technique to detect in situ localization of MiPINs, MiAUXs and MiPGPs proteins in cells. Combined these results, the candidate genes encoding PAT during mango adventitious root formation will be selected, and these genes will be overexpressed in Arabidopsis to observe the changes of adventitious roots. Based on the above experiments and the results get from them, we will be able to explain the molecular mechanism of PAT during the adventitious formation in mango cotyledon segment, give a new theory of clonal propagation of woody horticultural species.

不定根的诱导是植物无性繁殖获得成功的一个关键步骤，虽已证明生长素在不定根形成中起着重要作用，但其分子作用机制尚不清楚。我们前期研究发现芒果子叶切段不定根只在近轴端切面上形成，而不在远轴端切面或纵切面上形成，其形成与生长素极性运输（PAT）密切相关。PAT的方向决定于生长素极性运输载体，编码生长素极性运输载体的有AUXs,PINs,PGPs三个基因家族。我们已克隆了芒果的MiAUXs和MiPINs基因家族；本研究中我们拟再克隆到MiPGPs，通过荧光定量PCR及RNA原位杂交方法观察这三个基因家族时空表达特征，通过免疫细胞化学技术对MiPINs、MiAUXs及MiPGPs蛋白进行细胞内原位定位，进而筛选出与PAT相关的极性运输载体基因，并将其转入拟南芥中验证其对不定根形成的影响。从分子水平上揭示生长素极性运输在芒果子叶切段不定根形成过程中的作用机制，为木本园艺植物的无性繁殖提供新的理论指导。

不定根的诱导是植物无性繁殖获得成功的一个关键步骤，虽已证明生长素在不定根形成中起着重要作用，但其分子作用机制尚不清楚。我们前期研究发现芒果子叶切段不定根只在近轴端切面（PCS）上形成，而不在远轴端切面(DCS)或纵切面上形成，其形成与生长素极性运输（PAT）密切相关。PAT 的方向决定于生长素极性运输载体，编码生长素极性运输载体的有AUXs,PINs,PGPs 三个基因家族。本研究克隆了芒果中的MiAUX1-4，MiPIN1-4，MiPGP1-2 等10个基因，通过亚细胞定位确定了其蛋白在细胞内的定位，通过荧光定量PCR观察了这三个基因家族时空表达特征。此外，通过石蜡切片比较了PCS和DCS在生根过程中的细胞学变化的异同，发现在PCS和DCS两端的分泌腔被填充后，仅有PCS维管束韧皮部的薄壁细胞分裂，因此只有该切面形成不定根。对DCS和PCS的内源生长素进行了测定，研究了IBA，PAT极性输出抑制剂TIBA和极性输入抑制剂1-NOA、CHPAA对不定根的影响，发现这种不定根形成可能跟生长素极性输出关系更加密切。将筛选出的MiPIN1-4，MiPGP1-2 等转入拟南芥，发现仅有MiPIN1和MiPIN3转基因株系的不定根形成显著增加，这说明MiPIN1和MiPIN3基因可能在芒果子叶切段不定根形成中起着重要作用。通过免疫荧光技术也确定了MiPIN1和MiPIN3蛋白在不定根形成中的定位，其主要分布在子叶表皮和维管束周围。此外，我们还通过转录组测序手段对不定根形成中的差异基因进行了全面分析，结合上述结果，提出了一个关于芒果子叶切段不定根形成的分子机制模型，PAT在这个过程中起着重要作用。本研究从分子水平上揭示生长素极性运输在芒果子叶切段不定根形成过程中的作用机制，为木本园艺植物的无性繁殖提供新的理论指导。