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植物激素之间有广泛而复杂的相互作用。细胞分裂素和生长素共同参与调控拟南芥主根分生组织的分裂和分化影响主根的生长。在植物中,褪黑素作为抗氧化剂和生长调节子被广泛研究。相关的研究表明,褪黑素以类似于生长素IAA的方式调节植物的根系,然而,一些研究则认为褪黑素在根的生长过程中的作用与生长素无关。最近的一项研究表明,外源高浓度的褪黑素通过抑制生长素合成和极性运输抑制根分生组织,但是到目前为止,关于低浓度褪黑素在主根生长过程中作用机理的研究还未见报道。在本研究中,我们分别以野生型拟南芥(Col-0)和细胞分裂素合成酶诱导超表达转基因植株(IPT8-OX)为材料,外源添加褪黑素和细胞分裂素、诱导剂雌二醇(estradiol)和生长素极性运输抑制剂TIBA后,通过表型分析、相关基因表达量、蛋白定量等多方面的研究,探讨褪黑素和细胞分裂素对主根生长的调控机理。主要研究结果如下:(1)低浓度的褪黑素(<100 nM)对主根生长起正调控效应,通过促进根尖分生区细胞数目的增多而促进拟南芥主根生长,拮抗外源添加及内源诱导细胞分裂素对主根生长的抑制作用;(2)褪黑素通过抑制细胞分裂素信号途径关键基因(AHK4、AHP2、AHP3、AHP5、ARR15)的表达以拮抗细胞分裂素对主根生长的调控作用;(3)褪黑素通过调控生长素极性运输载体(PIN1、PIN2、PIN3 AUX1、AXR3)的转录水平使生长素的运输发生改变。除此之外,褪黑素和细胞分裂素在蛋白水平上可影响PIN2和AUX1的积累。(4)添加生长素极性运输抑制剂TIBA的实验,说明褪黑素和细胞分裂素调控主根生长离不开生长素的转运。综上所述,我们的数据表明低浓度褪黑素促进拟南芥主根生长,褪黑素和细胞分裂素在主根生长的调控过程中具有拮抗作用,而生长素的极性运输在这个过程中具有重要的作用。相关研究为进一步揭示褪黑素的生物学功能和激素之间的相互调控提供了直接的证据,对于以后植物主根的研究也具有重要意义。