向地性是决定植物根系空间构型的主要因素之一,对植物锚定和水分养分吸收至关重要。根系向地性除了受重力控制外,还受土壤环境因子影响。高铵作为主要的土壤环境因子之一,对植物根系生长及侧根形成的抑制效应已有广泛研究,但其对根系向地性的影响却少有报道。我们研究发现,铵对拟南芥主根生长的抑制效应随着铵浓度的增加而增大,而对主根向地性的影响则表现为适量的铵促进主根正向地性,过量铵减弱主根向地性。外源添加钾可以部分缓解高铵对主根伸长的抑制,却不能改善高铵对主根向地性的影响。生长素报告基因DR5::GUS染色结果表明,高铵延迟并延长了主根向地性反应过程中根尖生长素侧向浓度梯度,随着处理时间的延长,还显著地减弱了DR5::GUS在根尖顶端细胞表达。此外,为了鉴定高铵环境下主根向地性响应基因,借助琼脂板旋转试验,我们筛选获得了其中的一个主根向地性高铵敏感突变体gsa-1(gravitropismsensitivetoammonium-1)。在高铵胁迫条件下,该突变体主根表现出较野生型更为显著的负向地性。进一步分析表明,gsa-1主根向地性对铵的敏感性是NH4+效应。基因克隆和测序分析表明,GSA-1即ARG1,植物根尖重力信号转导过程中蛋白ARG1基因内含子保守剪接位点G突变导致的结果。互补结果进一步表明GSA-1/ARG1是根系向重性耐受过量铵胁迫的重要遗传因子,高铵诱导基因GSA-1/ARG1表达增强。DR5::GUS染色结果显示gsa-1根尖积累更多的生长素,且在向重性反应过程中,根尖生长素侧向运输受阻。3[H]IAA试验结果表明,gsa-1突变体生长素由顶向基运输减少。此外,GSA-1/ARG1缺失导致根中生长素运输载体蛋白AUX1水平的极显著下降。这些结果表明,铵对拟南芥主根向地性的影响机制部分独立于其对主根伸长的抑制;高铵减弱主根向地性反应与高铵处理延迟根尖生长素侧向运输分配、减少DR5::GUS在根冠顶端细胞表达有关,而保持正常的生长素极性运输和AUX1蛋白水平表达可能是拟南芥主根向地性反应抵御高铵胁迫的一个重要过程,而GSA-1/ARG1在其中起着十分重要的作用。