硫化氢通过调节生长素运输影响拟南芥主根生长的机制研究

The root system growth directly affects yield of the crops in agricultural production. Auxin plays a very important role in the root system growth. Several studies evidence that many endogenous signal molecules are involved in auxin-regulated root system growth. Hydrogen sulfide (H2S) has been identified as a new endogenous signal molecules, our preliminary results indicated that changing H2S level affects auxin response reporter expression and polar auxin transport. These data suggested that H2S participates in regulating auxin distribution and polar auxin transport. In order to reveal the molecular mechanism of H2S regulating the auxin transport and primary root growth. We plan to work these studies includes: analysis the effects of the endogenous H2S content change on the biological characterization of root and the auxin transport; Determining the target auxin carrier protein and revealing the molecular mechanism of H2S regulating the auxin transport. As a guidance, this study will apply to understand the mechanism of H2S in the root system development of plant.

在农业生产中，根系生长直接影响到作物的产量，而生长素在根系的生长过程中发挥着极其重要作用。研究发现，许多内源信号物质参与生长素调节的植物根系生长。硫化氢（H2S）是一种新认可的内源信号物质，项目组前期工作发现，内源H2S含量的变化能够改变生长素响应基因的表达模式并且影响生长素极性运输，表明H2S可能参与调节生长素分布和运输。为深入探索H2S调节生长素运输进而影响拟南芥主根生长的分子机制。本项目拟开展地研究内容包括：分析根中内源H2S含量变化对根生物表征的影响，以及对根中生长素分布和运输的影响；确定H2S作用的目标生长素运输载体，揭示H2S调节生长素运输的分子机制。该项目研究将为了解H2S在植物根系发育中的作用机制提供理论依据。

本项目利用遗传学手段通过改变内源硫化氢（H2S）含量，分析拟南芥生物学表征进而证实H2S是否是调节拟南芥主根生长的重要信号物质；利用生长素报告基因和[3H]-IAA探针，确定H2S改变根中生长素分布是否是通过调节生长素运输来实现的；利用实时定量PCR技术和Western blot分析，确定H2S在调节生长素运输过程中作用的目标蛋白；利用生长素运输载与GFP融合的转基因植株，在细胞水平上研究H2S对生长素运输载体的影响。本项目涉及到三个层面的研究内容：首先从宏观的生物学表征和生长素分布分析，到基因和蛋白的检测，最终到细胞水平的研究。研究路线由浅入深，系统的研究了H2S调节拟南芥适应性生长及生长素运输的分子机制。.1、完成任务情况：（1） 构建及筛选H2S合成相关突变体及转基因株系。通过遗传学手段构建一个可调节内源H2S水平的植物体系。（2）通过遗传学手段，了解了与Cys代谢相关的H2S合成在植物适应生长中的关键作用。（3）发现H2S信号对生长素运输有负调控作用，同时找到了H2S调控的生长素运输蛋白。（4）发现了H2S对植物细胞骨架微丝蛋白的影响，并发现两种被H2S信号调控的微丝结合蛋白。（5）通过细胞骨架与PINs家族蛋白的互作分析，最终阐明H2S影响生长素极性运输的分子机制。.2、科学意义：在农业生产中，根系生长直接影响到作物的产量，而生长素在根系的生长过程中发挥着极其重要作用。前期研究发现，许多内源信号物质参与生长素调节的植物根系生长。H2S是一种新认可的内源信号物质，通过本项目的研究发现，内源H2S含量的变化能够改变生长素响应基因的表达模式并且影响生长素极性运输，表明H2S参与调节生长素分布和运输。本项目的研究结果为深入了解H2S在植物根系发育中的作用机制提供理论依据。此外，植物小分子信号物质与植物激素的互作也是近些年的研究热点，本项目通过研究H2S与生长素的相互作用也为研究H2S与其它植物激素或其他小分子信号分子与植物激素之间的互作提供理论研究。