根系不仅具有固定、吸收水分养分的作用,还能通过储存光合产物、合成植物激素等影响地上部分的生长发育,直接影响植物生物量的积累。因此,根系生长发育过程的调控一直是国内外普遍关心的重要问题。5-氩基乙酰丙酸(5-ALA)是所有生物体内四吡咯(卟啉)化合物生物合成的关键前体,它能够转化为亚铁血红素、叶绿素和维生素B12等。前人研究认为,5-ALA作为一种潜在植物生长调节物质,具有生长素和细胞分裂素双重性质,显著促进愈伤组织分化形成不定根和不定芽。然而,5-ALA促进植物根系生长的机制尚不明确。本研究以切除根系的’红颜’草莓(Fragaria× anassaDuch.cv.’Benihoppe’)组培苗和5种不同基因型拟南芥(包括Col-0、DR5::GFP、PIN1::GFP、PIN2::GFP和PIN7::GFP)幼苗为试验材料,利用药剂处理后在RNA水平上分析了 5-ALA促进根系伸长生长的分子生物学基础,然后用激光共聚焦显微镜观察拟南芥生长素相关蛋白的荧光强度,重点研究了生长素极性运输与5-ALA促进植物根系伸长生长的关系。主要研究结果如下:1.通过试验,筛选出5-ALA促进草莓根系生长的最佳浓度为10mg.L-1。在此基础上,利用荧光定量法分析了对照和5-ALA处理的草莓根尖生长素相关基因表达量的差异。初步分析结果表明,5-ALA处理后上调生长素受体蛋白和生长素极性运输基因的表达量。这些结果暗示,5-ALA促进草莓根系生长可能与生长素运输和信号转导过程有关。2.为进一步探索5-ALA调控生长素极性运输的机制,利用生长素极性运输抑制剂(TIBA)处理。首先,筛选出TIBA抑制草莓根系生长的最佳浓度为1mg.L-1。然后,用1 mg.L-1TIBA和10mg.L-15-ALA同时处理,观察到这种抑制作用得到缓解。通过荧光定量分析发现,TIBA下调了生长素受体蛋白和生长素输出载体基因的表达,而加入5-ALA后这些基因又得到上调。因此,生长素输出载体和受体蛋白在5-ALA促进草莓根系生长中发挥重要作用。3.已有证据表明,生长素作为一个参与植物根系生长的重要激素。也有研究指出,5-A L A可以显著增强逆境条件下地下部分生物量的积累。前期工作中我们发现,5-A L A诱导生长素输出载体和受体蛋白表达上调。然而,生长素的运输在5-ALA促进根系生长中的作用仍不清楚。本研究中,我们首先证明了 5-ALA处理拟南芥能够促进根系生长,且上调了生长素合成基因YUC2、受体蛋白基因ABP1和生长素极性运输基因(AUX1、PIN1、PIN2和PIN7)的表达水平,证实了5-ALA能够促进内源生长素合成、运输和信号转导并且引起相关生理生化反应。接着,用5-ALA处理5种不同基因型的拟南芥,发现DR5、PIN1、PIIN2和PIN7蛋白的荧光亮度都得到增强。结果表明,5-ALA促进拟南芥根系生长可能与生长素合成、运输和信号转导相关蛋白含量有关。4.利用TIBA处理拟南芥幼苗,我们发现5-ALA对TIBA抑制拟南芥根系生长也有逆转作用。荧光定量分析结果表明,TIBA抑制生长素受体蛋白、生长素输出载体PIN1、PIN2和PIN7的表达,但5-ALA上调了它们的表达。进一步对生长素合成和输出蛋白荧光亮度观察发现,TIBA降低了它们的荧光强度,5-ALA逆转了这一现象。因此,5-ALA可能通过生长素输出及其信号转导途径参与根系生长的过程,但5-ALA促进根系生长并不完全依赖于生长素的输出。综上所述,利用草莓和模式植物拟南芥,我们证明了5-ALA促进根系生长可能与生长素合成、极性运输、受体蛋白及信号转导有关。以上结果为探究5-ALA促进根系生长的机制开拓了新思路。