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根毛是植物吸收养分的主要器官,了解根毛的生长发育过程,可以提高植物对养分的吸收效率。根毛拥有特殊的生长方式极性生长,根毛生长在根的外周,便于观察,这使它成了研究极性生长的模式材料。根毛的极性生长主要依赖三方面重要因素的共同作用,一是中央大液泡的形成,保证细胞内离子平衡以及内稳态的平衡,使细胞保持膨胀状态;二是微丝骨架的正确组装,保证物质高速有效的运输;三是囊泡运输,为根毛顶端生长提供细胞膜组分及细胞壁组分。 拟南芥类受体蛋白激酶CAP1是CrRLK1L家族中的一员,参与介导拟南芥根毛伸长这一重要的生理过程。在拟南芥根毛的发育过程中,CAP1参与NH4+介导的信号途径,它可以通过调节NH4+进入液泡,来调节细胞质中NH4+的平衡状态,从而避免过多NH4+带来的毒害作用。在正常的MS培养基上,cap1缺失突变体不能长出正常根毛;但当NH4+缺失时,却可以使根毛生长与野生型一致,CAP1对根毛生长的调控与Ca2+梯度,pH梯度及活性氧梯度的正确确立有关。根毛细胞作为一个研究细胞生长发育的模式细胞,对其生长发育机制的探求将有助于了解细胞生长的调控机制。为了更好的了解CAP1在根毛生长发育中的作用机制,采用活体标记和三维成像技术监测CAP1在根毛生长发育过程中对液泡形成,微丝结构及囊泡运输的影响。研究结果表明:在液泡形成过程中,cap1突变体根毛中胞质成分较野生型少,并提早出现液泡化;在微丝结构中,cap1突变体根毛中微丝排布严重变形;在囊泡运输中,cap1突变体根毛中的囊泡分布异常,运输过程中囊泡融合出现问题。在NH4+处理过程中,野生型经过高NH4+处理有类似于cap1突变体的表型,并且液泡发育过程及微丝结构也出现类似于cap1突变体的表型;突变体在缺NH4+处理时,会出现类似于野生型的表型,并且微丝的排布,液泡的发育及囊泡的运输也得到了一定程度的恢复。实验结果表明:CAP1调节了NH4+相关的微丝排列和膜泡运输,从而调节了根毛发育。