PXY信号途径新成员CARF参与维管发育的功能分析

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植物通过维管原形成层细胞的分裂和分化,使较老的细胞移到分生组织的内外两侧,通常向外形成初生韧皮部,向内形成初生木质部,并随着束间形成层的形成和环化而转入次生生长阶段,即通过维管形成层细胞不断地分裂和分化形成次生韧皮部和次生木质部。维管分生组织负责产生大多数植物的生物物质,其主要由木质部组成,由于次生木质部具有大量的次生细胞壁,这种木质组织代表了巨大的能量和生物物质的可再生资源。在拟南芥维管发育相关的研究中,目前了解的最为透彻涉及最广的就是TDIF-PXY/TDR-WOX4/WOX14信号途径,一方面通过WOX4和WOX14的冗余调节来促进形成层的增殖,另一方面通过GSK3蛋白家族抑制木质部的分化。除了这条广为人知的调节形成层增殖与分化的信号途径外,还存在其他的CLE多肽以及类受体蛋白激酶(LRR-RLK)参与了维管形成层的发育,本课题主要从受体PXY的两个同源基因PXL3、PXL4以及配体CARF两方面来探究他们之间所存在的某种关联。一方面,通过CARF过表达侵染WT、pxy、pxl3pxl4、pxypxl3pxl4这四种拟南芥植株,探究在拟南芥植株体内提高CARF的表达量对维管发育的影响。在实验中能很明显的观察到,在WT、pxy、pxl3pxl4、pxypxl3pxl4这四种拟南芥植株背景下,提高CARF的表达量会抑制植物整个的生长,从株高、根长都能看出整个植株呈现抑制生长的表型,WT和pxy背景下植株变矮、根长变短、莲座叶背面有花青素的积累、整体生长变弱。表型最为明显的是pxl3pxl4、pxypxl3pxl4背景下的植株,不仅出现了上述表型,更为明显的是在6周植株中出现显著的分枝以及莲座叶急剧增多的表型而且这些植株都有明显的败育,种子发育不良的现象,并且在2周pxl3pxl4、pxypxl3pxl4背景下的拟南芥幼苗中,可以看到顶端分生组织发育受到抑制的特殊情况。另一方面,通过体外添加多肽的方法来验证之前的实验结果,首先,通过体外添加不同浓度梯度的CARFP和CARFP-P9A多肽来处理WT、pxy、pxl3pxl4、pxypxl3pxl4这四种拟南芥植株,观察10天下胚轴中柱细胞的变化。实验发现在WT、pxl3pxl4背景下随着CARFP浓度的升高,中柱细胞数量变多,尤其是pxl3pxl4在100μM CARFP的处理下中柱细胞数呈现大约7倍数量的增长,而且其对CARFP非常敏感,在0.1μM时细胞极性已经模糊,但是pxy、pxypxl3pxl4在CARFP多肽的处理下并没有十分明显的变化。其次,CARFP和CARFP-P9A多肽处理WT、pxy、pxl3pxl4、pxypxl3pxl4拟南芥植株10天根长时发现,CARFP多肽处理的WT、pxy、pxl3pxl4、pxypxl3pxl4根长普遍变短。最后,体外添加10μM的CARFP和CARFP-P9A多肽来处理WT、pxy、pxl3pxl4、pxypxl3pxl4六周拟南芥植株,CARFP整体抑制植物的株高与根长,CARFP多肽还能一定的促进增加植物莲座叶的数量(除pxy外),在细胞发育方面,CARFP多肽会减少WT和pxl3pxl4的木质部细胞降低木质化程度,并且在整个实验中CARFP-P9A多肽处理未引起明显的变化。这两方面都说明了CARF对维管发育的影响,也证实了CARF与PXY、PXL3、PXL4之间存在配受体的关系。
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