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番茄侧根发生不仅是一种重要的农艺形状,同时也是研究侧根的模式系统。动物源氯化血红素是一种新发现的具有调节作物侧根发生的化合物,由于其具有水溶性差和高光敏性的缺点,严重制约在农业生产中的运用。最近的研究发现氯化血红素-β-环糊精包合物(β-cyclodextrin-hemin,β-CDH)可以克服上述缺点,具有高效诱导番茄侧根发生的特点,但其分子机理尚不清楚。在本研究中以还原型谷胱甘肽(Reduced glutathione,GSH)、过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)和一氧化氮(Nitric oxide,NO)为重点分析β-CDH调控侧根发生的分子机理。本研究表明:1.GSH可能参与β-CDH诱导的番茄侧根发生。通过分光光度计法和monochlorobimane(MCB)探针荧光分析发现100 μM GSH处理提高了番茄根部内源GSH含量,并促进侧根发生。同时,通过解剖学分析发现β-CDH和GSH处理能促进侧根原基发生,上述这些变化能显著地被谷胱甘肽合成(Glutathione synthesis)抑制剂L-buthionine-(S,R)-sulfoximine(BSO)所阻断;外源添加的β-CDH能缓解生长素极性运输抑制剂N-(1-萘基)氨甲酰苯甲酸(NPA)造成的侧根密度降低;进一步的实验结果发现β-CDH和GSH都能调节侧根发生过程中的六个有代表性的基因:包括4个细胞周期基因(CYCA2:1、CYCA3;1、CYCD3;1和CDKA1)和2个生长素响应基因(ARF7和RSI-1),而这些变化均被BSO处理所逆转。这些结果表明GSH可能作为一种信号分子参与β-CDH诱导的番茄侧根发生。2.H202可能作为信号分子参与β-CDH诱导的番茄侧根发生。对番茄根部的H202荧光强度进行分析,发现β-CDH以时间进程方式提高了 H202的含量,并且H202含量峰值在侧根发生之前;外源β-CDH和H202不仅诱导根部H202的产生,而且诱导番茄侧根发生;H202的清除剂二甲基硫脲(Dimethylthiourea,DMTU)、抗坏血酸(Ascorbic acid,AsA)和H2O2产生抑制剂二甲基苯碘(Diphenyleneiodonium,DPI)不同程度地抑制了上述现象,提示H202可能参与β-CDH诱导番茄侧根发生。通过q-PCR分析,发现β-CDH和H2O2通过调控生长素响应基因(ARF7、RSI-1和IAA14)和生长素转运基因(LAX3、PIN3和PIN7)的表达,从而促进侧根的发生,说明生长素信号转导在H2O2参与β-CDH诱导番茄侧根发生中发挥着重要作用;另外,通过蛋白质组分析确定了β-CDH诱导番茄侧根发生的靶蛋白。上述的结果表明H202可能参与β-CDH诱导的番茄侧根发生。3.NO的清除剂PTIO处理能逆转β-CDH诱导的番茄侧根发生,同时降低根部NO含量,提示NO介导β-CDH诱导的番茄侧根发生。综上所述,本研究通过药理学和分子生物学等方法揭示GSH、H202和NO可能作为信号分子参与β-CDH诱导番茄侧根发生。