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根是植物重要的营养器官,根毛是根表皮特化的细胞,是植物根系的重要组成部分,能够增加根系与土壤之间的接触面积,从而促进植物更高效地吸收水分和养分。因此,研究植物根毛细胞的分化和发育机制,具有重要的学术意义和经济应用价值。本研究主要以拟南芥为材料,探究了 C2H2锌指蛋白ZFP5、ZFP6和GIS3在根表皮细胞发育中的作用;同时以水稻为材料,对OsRHL41-like,OsRHD1-like,OsRHD2-like1和OsRHD2-like2基因在根毛发育中的功能进行研究。所取得的主要结果如下:1、为了研究ZFP5响应营养信号调控根毛发育进行研究,发现低磷、低钾能够诱导ZFP5基因的表达,但是不能恢复zfp5突变体和干扰株系的短根毛表型。分子生物学实验表明乙烯参与低磷、低钾诱导根毛伸长,且ZFP5通过调控EIN2基因的表达来响应低磷、低钾诱导根毛发育。2、为了研究GIS3调控根毛发育的分子机制进行研究,发现与野生型相比,gis3突变体和GIS3RNAi干扰株系根毛数量显著减少,根毛长度显著变短,表明GIS3是调控根毛发育的正向调控因子。外源ACC和BA处理诱导野生型中GIS3表达,但是不能恢复gis3突变体短根毛表型。分子生物学和遗传学研究表明,GIS3通过直接作用于RHD2和RHD4上游来调控根毛伸长。综上所述,GIS3通过整合乙烯和细胞分裂素信号直接调控RHD2和RHD4基因的表达来调控根毛的形成和发育。3、为了研究ZFP6基因在根毛发育中的作用,对zfp6突变体和干扰株系根毛表型进行分析,发现ZFP6对根毛发育具有正向调控作用。外源施加ACC和BA能够显著诱导野生型中ZFP6基因的表达,但不能恢复zfp6突变体根毛长度,表明ZFP6响应乙烯和细胞分裂素信号调控根毛伸长。通过RNA-Seq分析筛选出13个激素相关基因,酵母双杂交分析表明ZFP6可能与AT4G36110、MYB51、ERF6和ATMYBL2存在相互作用。4、为了研究植物激素生长素、乙烯和细胞分裂素之间的关系,发现只有乙烯能诱导野生型产生异位根毛,这意味着乙烯在根毛起始阶段的特殊作用。然而,在伸长阶段,生长素、乙烯和细胞分裂素均能促进根毛尖端生长,而细胞分裂素的作用在这个过程中独立于生长素和乙烯。当生长素和乙烯信号有缺陷时,外源BA处理能够恢复根毛伸长。更为重要的是,转录分析表明生长素、乙烯和细胞分裂素通过RSL4调控一系列根毛特异性基因来调控根毛发育。5、为了研究水稻OsRHL41-like等基因的功能,我们克隆了OsRHL41-like、OsRHD1-like、OsRHD2-like1和OsRHD2-like2这四个水稻基因,并将其转入拟南芥和水稻中。发现过量表达水稻OsRHL41-like显著增加拟南芥和水稻根毛长度,而OsRHL41-like干扰株系根毛长度显著低于野生型。结果表明,OsRHL41-like正向调控水稻根毛伸长。OsRHD2-like1和OsRHD2-like2转基因株系根毛表型与OsRHL41-lik相似,表明OsRHD2-like1和OsRHD2-like2是调控水稻根毛伸长的正向调控因子。而OsRHD1-like转基因株系根毛表型与OsRHL41-like相反,表明OsRHD1-like是调控水稻根毛发育的负向调控因子。