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铝作为在地壳中含量最为丰富的金属元素,在酸性土壤中对植物的根系有很大的危害。植物根系对铝毒害的抵抗机制中,细胞壁起到了非常关键的作用。细胞壁的成分主要是果胶和纤维素,果胶甲酯化的程度决定了果胶结合铝的含量。果胶甲酯化是由果胶甲酯化酶(PME)调控的。LUH(LEUNIG-HOMOLOG)基因在种子中调节种子黏胶的释放,luh突变体具有黏胶释放缺陷的表型。由于植物根尖的黏胶层可以大量的络合铝以免其进入根尖细胞内,所以黏胶层也被认为是植物一道重要的屏障,在植物抗铝中起到了重要的作用。但本研究发现,luh突变体具有铝耐性,但其铝耐性与黏胶的含量没有关系,而是与luh突变体根尖细胞壁果胶甲酯化程度上升相关。在本文中我们初步得到以下结论:(1)luh突变体根尖结合了较少的铝,具有铝耐性。用含有铝的液体培养基对luh突变体进行表型分析,发现luh突变体具有铝耐性,表现在铝毒害条件下较野生型对照有较长的根。对luh突变体进行苏木精染色、Morin染色和铝含量分析,发现luh突变体根系含铝总量低于野生型。(2)luh突变体根尖细胞壁铝含量显著低于野生型。将根尖细胞壁和原生质体分离后,分别分析两者铝的含量,可知在luh突变体根尖中细胞壁含有的铝显著低于野生型对照,上述结果说明luh突变体耐铝的原因是因为其根尖细胞壁铝含量较低。(3)luh突变体细胞壁果胶甲酯化程度升高。通过对luh突变体进行钌红染色实验和对mum2、mum4突变体进行表型分析的结果来看,luh突变体抗铝的原因并不是黏胶含量的变化。因此我们进一步对luh突变体根尖果胶含量和果胶甲酯化程度进行分析,证明了luh突变体根尖细胞壁果胶甲酯化程度显著高于野生型,而果胶甲酯化程度提高使细胞壁上带负电的羧基位点减少,铝的结合位点减少,所以luh突变体根尖细胞壁结合铝含量较低。(4)果胶甲酯化酶抑制子的编码基因PME46在铝胁迫条件下的表达受LUH的调控。通过表达谱分析,发现luh突变体中PME46基因在铝处理下和野生型对照相比较表达显著提高。PME46作为果胶甲酯化酶的抑制子,可以抑制果胶甲酯化酶(PME)的活性,从而抑制果胶去甲酯化的过程,影响铝离子的结合及植物对铝的抗性。(5)pme46突变体结合了较多的铝,具有铝敏感性。为了证明PME46在luh突变体铝耐性中的作用,对pme46突变体进行表型分析,结果表明pme46突变体对铝具有敏感性。通过苏木精染色、铝含量分析和铝分级分析,发现pme46突变体细胞壁结合了较多的铝,与luh突变体的表型相反,这与LUH对PME46转录水平的负调控作用是一致的。(6)SLK参与PME46基因的表达调控及铝胁迫调控根的伸长。己有的研究表明,SLK和LUH的LUFS区域发生互作,抑制下游基因的转录。通过对slk突变体的表型分析,发现slk2-1与luh突变体在铝胁迫处理条件下根伸长的表型十分相似。同样,slk2-1突变体根尖铝含量较低,细胞壁中含有的铝显著低于野生型。slk2-1突变体中PME46的表达和野生型对照比较表达显著上调,说明SLK和LUH都参与了铝胁迫条件下PME46的转录表达调控。综上所述,该研究表明,LUH是拟南芥在铝胁迫条件下参与根伸长调控一重要因子。LUH影响细胞壁中果胶的去甲酯化及细胞壁对铝离子的结合,从而参与铝胁迫条件下根生长的调控。LUH调控细胞壁中果胶的去甲酯化可能和调控果胶甲酯化酶编码基因PME46的表达有关。而且,LUH很可能通过和其互作蛋白SLK的相互作用,协同调控PME46的表达及拟南芥对铝的耐性。