全 文 ： 综述与专论
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2006年增刊
植物生根的分子机理研究进展
冯健 齐力旺 张守攻*
(中国林业科学研究院林研所,北京 100091)
摘 要: 随着无性系育种在农林业上的广泛应用,其生根难的问题显得尤为突出。通过查阅相关文献,本文
探讨了影响植物根发育的分子机理。从植物激素,主要从生长素调控植物根发育的分子机理; 细胞周期相关基因
影响植物根发育和与细胞壁形成相关的基因影响植物根发育等方面叙述了目前关于植物根发育的研究进展。并
提出了解决研究生根分子机理材料难选择问题的方法。
关键词: 不定根 侧根 生长素
Review ofMolecularM echanism of Plant Rooting
Feng Jian Q iL iw ang Zhang Shougong
(The Research Institute of F orestry, CAF, Beijing 100091)
Abstrac:t W ith the development of clona l breed ing, the problem of rooting appears. Themo lecu larm echanism about
p lant roo t deve lopm ent w as studied in this paper. There are three parts in this paper. F irst is them o lecularm echan ism that
p lant ho rmone contro l the deve lopm ent of p lant roo t. Second is cell cycle re lated genes that influence the developm ent of
p lant root. L ast is ce llw all related genes that influence the developm ent o f plant roo t. F ina lly, w e introduce a m ater ia l to
reso lve the problem that it is d ifferen t to find a good testing m ater ia .l
Key words: Adventitious roo t Latera l root Aux in
基金项目:国家 973项目 树木育种分子基础研究 ( G199906160)中 树木抗逆、抗虫基因的分离等功能鉴定 (G1999016003 )国家转基因
与产业化专项 优质、杂种落叶松抗旱基因工程育种研究 ( J2002B005 )
作者简介:冯健,男,电话: 01062888881; Em ai:l fengj ian- 0205@ 163. com
通讯作者:张守攻
根系在支持植物体吸收水分、矿物质和氮素及
合成物质方面发挥着重要作用, 是植物体重要组成
部分。同时,因其结构简单、组织均一等优点,为研
究植物分子机理提供良好材料。对根的研究,一方
面可以解决理论问题,如研究与激素运输和表达、细
胞周期规律等过程相关的基因时,可提供良好材料;
另一方面,也可以解决生产实际问题。随着现代生
物技术的迅速发展, 植物组织培养和扦插等技术取
得巨大成就。在取得相关进展的同时, 也出现很多
问题, 如有些物种外殖体或插条生根困难等。在外
殖体或插条根系再生过程中,形成的主要是不定根
和侧根。阐明不定根和侧根的发生机理, 对于解决
无性繁殖中某些物种难生根问题十分重要。在林业
方面, 无性系繁殖已经大量应用在杨树、杉木、柳树、
桉树和茶树等树木的生产实践中。与林木种子繁殖
方式相比,林木无性系繁殖具有保持原来的繁殖母
体遗传基因型不变和繁殖系数大等特点, 其应用十
分广泛。解决与无性系繁殖相关的一些问题, 对于
林业的发展有着重要意义。
在国内对从分子水平对根进行研究方面报道得
很少,主要是在农作物的研究中有所报道 [ 41]。在林
木方面,肖洁凝等 [ 6]报道了芒果的不定根形成相关
基因。国外对根进行研究的报道很多。所研究的植
物主要集中在模式植物拟南芥上,这是因为其根系
解剖机构比较简单,且容易获得大量突变体,在拟南
芥中,生长素控制根发育的路径和分子机理已经取
得了一定的进展, 如 AUX /IAA基因家族的突变体,
SH Y2 /IAA 3, SLR 1 /IAA 14, IAA 28和 MSG 2 /IAA 19都
2006年增刊 冯健等:植物生根的分子机理研究进展
表现出侧根生长减少或没有侧根的特点。过量表达
AUX 1, T IR 1或者NAC 1能促进侧根的发育。过量表
达 SINAT5能产生较少的侧根 [ 22] ; 也有烟草、番茄、
松树、豆类、水稻及玉米等植物的报道。所分离到在
根中特意表达的基因包括与信号转导、细胞壁形成、
细胞分裂周期和细胞循环等相关基因以及一些未知
功能的基因。具体基因见表 1[ 9, 10, 21, 24, 25, 30, 31, 40]。
表 1 部分与根发育相关的基因
名称 ( nam e) 缩写 ( abbr. ) 功能 ( fun ct ion )
ABERRANT LATERAL ROOT FORMAT ION4 ALF4 侧根形成
ABSC ISIC ACID INSENSIT IVE3 AB I3 侧根发育
ACT IN ACT7 根发育
AUX IN RESISTANT1 AXR1 根的形成,生长素应答
AUX IN RESISTANT3 /IAA17 AXR3 生长素应答
AUX IN RESISTANT6 AXR6 根的形成,激素应答
BODENLOS BDL 根的形成,激素应答
CAPR ICE CPC 促进根毛细胞发育
COBRA COB 定向细胞膨胀
CUDGEL CUD 放射状膨胀
GLABRA2 GL2 促进无毛细胞发育
GNOM GN 细胞和组织极性
HOBB IT H BT 细胞分裂和分化
KO JAK /ATC SLD3 KJK 细胞壁生物合成
LEUCINE R ICH EXPANS IN1 LRX1 细胞膨胀
L ION S TA IL /KORRIGAN L IT /KOR 放射状细胞膨胀
MONOPTEROS MP 胚胎的,脉管的发育
NAC1 NAC1 侧根形成
PiDEFIC IENCY RESPONSE PDR2 磷缺乏响应
PINFORMED INFLORESCENCE L IKE 4 P IN 4 根的形成
POMPOM1 POM 1 放射状细胞膨胀
POMPOM2 POM 2 放射状细胞膨胀
PROCUSTE1 /QU ILL /ATCE SA6 PRC I /QUI 放射状细胞膨胀
ROOT HA IR DEFECT IVE3 RHD3 根毛生长需要
ROOT HA IRLE SS1 RH L1 根毛发生需要
RAD IAL SWELL ING /ATCESA1 RSW1 放射状细胞膨胀
SCARECROW SCR 地下组织最初分裂
SHORTROOT SHR 内皮属性
SOL ITARY ROOT / IAA14 SLR 侧根形状
SUPERROOT SUR 侧根形成
T INY ROOT HA IR1 TRH 1 根毛伸长
TORNADO TRN 表皮细胞特性
TRANSPARENT TESTA GLABRA TTG 促进无毛细胞发育
TRANSPORT INH IB ITOR RES ISTANT1 T IR1 生长素应答
WERWWOLF WER 促进无毛细胞发育
WOODENLEG WOL
39
生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2006年增刊
1 植物激素与根发育的关系
目前,有五大类激素被大家公认,其中生长素具
有明显的促进不定根和侧根发生和生长的作用;乙
烯通过调控生长素的代谢起到一定的作用; 赤霉素
对不定根和侧根的形成没有影响或影响甚微;而细
胞分裂素和脱落酸则抑制不定根和侧根的生长。由
于在不定根和侧根的发生和形成中生长素起到了关
键的作用。因此,关于生长素对不定根和侧根的作
用机理的研究和报道非常多。同时, 也有乙烯和脱
落酸对不定根和侧根发育的分子机理方面的报道。
1934年,荷兰生理学家温特 (W ent F. W. )发表
植物生长激素对于不定根形成具有促进作用的论
文,这之后许多学者进行了大量试验。在完整植株
中,生长素能抑制根的伸长; 促进胚轴和茎的伸长;
调节根和芽的向地性;促进侧根和不定根的形成;促
进根毛的形成 [ 29]。另外发现内源生长素含量高的
嫩枝比冬季休眠枝容易生根。带有芽和叶的插穗比
去掉芽和叶的插穗生根率高 [ 1]。但是, 这些结果都
是通过解剖学和生理学的方法获得的。近年来,随
着相关研究的深入, 不定根和侧根形成过程中生长
素诱导基因表达及相关分子事件被广泛报道,已经
有很多基因和蛋白质被分离和鉴定出来。
通过对模式植物拟南芥的研究, Q ing等 [ 29]把与
生长素相关的显型突变体分为三类。第一类突变的
基因是参与激活与泛素蛋白相关蛋白质 Rub (如
axr1) ,或者该过程推定的下游效应基因 tir1和 sar1。
第二类突变影响生长素的运输, 如 AUX1编码一个
假定的生长素吸收载体和 E IR1编码一个生长素流
出载体。第三类突变基因是生长素诱导基因或调节
这些基因的转录因子, 如 ax r3和 monopteros[ 2 ]。在
这些基因中, 生长素诱导基因 ( Aux /IAA )家族的研
究比较多, 研究的也比较清楚。Aux /IAA 基因家族
至少含有 29个成员,每一个成员都表现出不同的剂
量反应轮廓、感应动力学和组织特异性 [ 38]。Aux /
IAA基因家族中各成员的响应动力学各不相同。如
IAA 3和 IAA6的 mRNA在生长素处理 5m in就开始
有响应, 10m in后达到定点。豌豆的 PSIAA4和 PS
IAA 6蛋白位于核内, 其半衰期只有 6~ 8m in。这暗
示这种蛋白对生长素起到短暂的调节作用。推测这
种蛋白包含 4个保守的结构域。、和包含典
型的 NLS模型; 可能由 baa结构组成,其结构同原
核抑制剂的 DNA结合结构域相似。然而却没有证
据表明 IAA蛋白直接结合 DNA。结构域 是一个
转录抑制结构域, 能抑制生长素基因的感应反应。
结构域是通过 SCFT IR1和其它可能相关的 E3泛
肽连接酶认识的。结构域和组成一个二聚结构
域,能同 ARF蛋白质中相同的结构域发生交互作
用 [ 13, 15]。
谈到 Aux /IAA 基因家族, 就不得不同时提到与
其相互作用的 ARF 基因 (生长素应答因子 )家族。
目前, ARF 基因家族至少含有 23个成员,这些 ARF
基因同样表现出不同的组织特异性和与被促进者的
不同密切关系。ARF蛋白是一些与生长素应答元
件紧密结合的转录因子。这些生长素应答元素瞄准
许多生长素相关基因的启动子。拟南芥中至少包含
ARF家族的 10个成员,他们的 C端结构域都和 IAA
蛋白的和结构域相似 [ 29, 32]。
通过使用生长素信号、传导和新陈代谢等过程
的突变体, W illiam等报道了生长素在根形态发生规
律中的重要作用。两个基因家族参与了生长素信号
传 导 的 过 程, 分 别 是 BODENLOS ( bd l ) 和
MONOPTEROS ( mp)。MP 基因编码 ARF5而 BDL
编码 IAA12。ARF和 Aux / IAA蛋白都是调节生长
素基因表达反应的。ARF转录因子约束 AuxRE
( aux in responsive promoter e lements), 其作用是既可
以促进又可以抑制相关基因的转录。短暂的 Aux /
IAA蛋白可能通过直接的交感作用控制着 ARF的
活性。生长素的一个作用就是通过泛素蛋白连接酶
SCF
TIR 1的活动刺激 Aux / IAA生长素应答蛋白降低
活性。Aux /IAA蛋白水平的提高抑制 ARF依赖基
因的表达。由于 Aux /IAA基因启动子包含 ARE s, 我
们预测生长素水平的升高最初通过其降低 Aux /IAA
生长素应答蛋白活性作用使 Aux /IAA水平减少, 但
随后通过促进 Aux /IAA 基因的转录补充 Aux /IAA
库 [ 35, 38]。
植物细胞的分化主要是从芽和根的顶点不断的
产生细胞。在两个顶点, 分化和未分化细胞间的短
距离信息交换对于决定细胞分化起重要作用。长距
离信号传导在细胞分化中也起到重要作用。AUX1
(它不均等的分布在根韧皮部的 p lasma membrane)
40
2006年增刊 冯健等:植物生根的分子机理研究进展
部分是促进生长素快速的向根尖运转。A lanM arch
ant等 [ 7]从拟南芥中筛选到一个 aux1突变体, 其特
点是阻断了 IAA在源库间的运输, 从而表明生长素
的载体 AUX1有调整根的结构的作用。 aux1突变
体表现为调整了 IAA在主要的源库器官幼嫩叶和
根中的分布。AUX1很容易将 IAA装载进叶导管运
输系统,同时也容易将 IAA卸载到初生根尖和发育
的侧根原基中。外施人工合成的 NAA能回复 aux1
的侧根现型,这暗示在突变体中生长素的水平为达
到侧根原基发生的要求。
H ideh iro等 [ 11 ]分离到一个烟草突变体 ( slr) ,其
对生长素不敏感; 其特点是完全缺失侧根, s lr突变
体在侧根发生时中柱鞘细胞不进行细胞分裂,而且
这一显型不能被外援激素回复突变。 SLR编码
Aux / IAA蛋白家族中的 IAA 14。因此, SLR /IAA 14
在生长素诱导的生长和发育中, 尤其是侧根的发生
中起到关键的作用。
L iu等 [ 12]分析表明 ARL1是一个核蛋白。ARL 1
基因在水稻的不定根根原基发生的过程中是必需
的。C rl1突变体相对于野生型的根明显的少, ARL1
突变体在整个生长过程中则完全缺乏不定根,而且
这种缺乏不能被激素所回复突变。通过对 ARL1野
生型和突变型施加激素表明, ARL1影响茎部原基
的发展,不影响生长素和乙烯的运送途径。但 NAA
处理 30m in后, ARL1表达受影响, 而乙烯处理 6h后
ARL1表达才受到影响。分析表明 ARL1可能起到
转录因子的作用,控制着一些基因的表达,因而控制
着不定根根原基的发生。
另一个研究比较多的是 NAC s基因家族。NAC s
是一个植物中特有的基因家族, 在植物发育过程中
起作用。NAC s编码的蛋白质的 N端含有保守的结
构域, 而 C端在长度和氨基酸序列组成上有很大的
差别。作为一个家族,NAC s蛋白家族没有确定的同
源蛋白。第一个 NAC基因是矮牵牛中的 NAM 基因
和拟南芥中的 CUC 2基因。他们都从筛选 SAM
( shoot ap icalm er istem )发展有缺陷的突变体中重新
获得的。NAC s基因家族在植物发育中起到不同的
作用, 在根中第一次发现其基因家族成员 NAC 1。
NAC 1在根尖、子叶和叶子中都有表达, 但以根中的
表达最为活跃。NAC1的 cDNA由 1 272个碱基组
成,编码一个 324个氨基酸组成的蛋白质。其 N端
含有 NAC蛋白家族的高度保守区特征序列, 该区域
可以识别靶基因上游 DNA序列其 N端含有NAC蛋
白家族的高度保守区特征序列, 该区域可以识别靶
基因上游 DNA序列并与之结合; 其蛋白 C端为转录
活化功能区,参与靶基因转录的激活。以前得到的
NAC家族编码的蛋白质起到转录因子的作用。通
过对 NAC 1检测, 其同样具有转录因子的作用。通
过研究, NAC 1过量表达将促进侧根的发生。NAC 1
参与了生长素信号传导的途径。NAC 1控制着 DBP
和 AIR 3两个生长素相关基因的表达。以上这些表
明NAC 1参与了生长素调控侧根的发生过程 [ 34]。
2 细胞周期相关基因与植物根发育关系的
研究
在研究细胞周期如何参与植物根发生过程的报
道中,以研究侧根形成相关的基因为多,偶有初生根
和不定根的报道。侧根的形成过程可以分为木质部
中柱鞘细胞周期再活化和新分裂组织的建立两个主
要过程 [ 24]。有关植物在生长过程中是如何控制细
胞周期重建的还未完全清楚。但普遍的观点是植物
激素在这个过程中起到了重要的作用,尤其是在转
录水平上。接触反应的亚基是细胞周期依赖激酶,
它需要和细胞周期蛋白结合才有活性。酶活性由一
段保守的氨基酸区域的磷酸化与去磷酸化和 CDK
抑制蛋白 (KRP s)共同决定。如在动物体中 CycD N
端的 LXCXE氨基酸区域是 Rb蛋白的结合部位。
在细胞周期蛋白 DCDK复合体中, D型细胞周期蛋
白和 Rb的交互作用导致 Rb的磷酸化。磷酸化的
Rb就没有能力结合 G1 /S转变过程中的 E2F转录
因子 [ 16]。因而导致 S期特异基因的表达。从 G2期
到 M期主要是 B型 CDK s和 A与 B型细胞周期蛋
白共同调控着。CDK 的活性在多个水平上受到调
解,如表达水平、不同的亚细胞位置、磷酸化、蛋白溶
解素和与调整蛋白的交互作用 [ 33]。在植物中, 5种
CDK s(CDKA、CDKB、CDKC、CDKD和 CDKE )被鉴定
出来 [ 23]。一类抑制 CDK 蛋白 KRP s( K ipre lated pro
te ins)也参与阻止 CDK /cyc lin复合体。 K ristiina
等 [ 19]报道,细胞周期依赖激酶抑制剂在调控侧根发
生的过程中起到重要作用。在生长素的调控下,
KRP 2通过阻断细胞从 G1期向 S期的转变调控着
41
生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2006年增刊
早期侧根的发生。研究表明,表现出独特的细胞规
律性的木质部中柱鞘细胞是处于 G1期, 而其它休
眠状态的中柱鞘细胞则停留在 G2期。而如果阻断
生长素的极性运输, 可以有效的阻止为侧根发生而
进行的第一次有序的细胞分裂。这表明生长素调控
细胞周期。同时,生长素也影响着细胞周期的活跃
性。K rist iina等研究表明, 生长素通过刺激细胞周
期从 G1期进入 S期来促进侧根的发生。在 KRP s
基因中, KRP 1、KRP 2在 NPA处理的中柱鞘静止的
根中大量表达, KRP 4与生长素的使用有微弱的联
系;而 KRP 3则表现出在限制侧根生长的环境中低
表达和在生长素处理后高表达的特点。这在一定程
度上说明 CDK的活动阻止了中柱鞘细胞收到生长
素的信号 [ 32]。
最近,一个可诱导的系统可以帮助我们更好的
了解侧根发生过程的分子事件。这个方法是应用生
长素转运抑制剂 NPA可以使所有的中柱鞘细胞保
持同步,并且这些细胞可以在生长素增加的情况下
重新进入细胞周期。用这种方法得到了很多基因,
如 AtCYCD 3; 1, A tE 2Fa、组蛋白 AHt 4 和 B 型
CDK
[ 18 ]以及上面提到的 KRPS基因。帮助我们更
加清楚的了解侧根的发生过程。在侧根发生过程中
细胞周期的变化如下: 中柱鞘细胞离开根尖分裂组
织停留在 G1期。即使是离开了分裂组织, 靠近原
生木质部的中柱鞘细胞仍然容易重新进入细胞周
期。当有生长素诱导时, 这些保持 G1期的中柱鞘
细胞重新进入细胞周期。在这些过程中包含许多分
子事件。K rist iina等 [ 20]用生长素处理烟草后 6个
h,细胞周期 G2 /M阶段的细胞周期依赖性激酶和细
胞周期基因被诱导, 如 Arath; CDKB 1; 1, A rath; CY
CB 1; 1和 A rath; CYCB 2; 1。同时,与细胞周期 G2 /M
阶段有关的转录因子 cmyc和Myb也被诱导。在细
胞周期 G1阶段, NPA处理的样品中 Arath; KRP 2和
Arath; CKS 1强烈表达。以上这些基因都与细胞周
期相关,说明在侧根发生过程中,生长素处理诱导细
胞周期相关基因表达, 从而改变某些细胞的细胞周
期进程,与其它细胞的细胞周期不一致,最终诱导侧
根的发生。
另外, 应用反义和 CK I特殊抑制剂策略, L iu
等 [ 37]研究表明, CK I缺乏导致水稻表现出初生根
短、侧根和不定根少的特点。虽然这有可能是 CK I
7阻止了其它同源蛋白发挥作用, 但也可以证明
CK I在根的发育过程中起到关键作用。CK I可能和
其它因子共同调控侧根的发生。根的长度由细胞的
分裂和根部伸长区细胞的伸长共同决定。研究表明
CK I通过控制细胞的伸长促使根变短。
3 细胞壁组成相关基因与植物根发育的研究
随着新的细胞壁结构蛋白被分离和描述, 人们
的注意力集中到这些蛋白的组织特意性表达和功能
上。目前,主要有三类细胞壁结构蛋白被鉴定和描
述,他们是富含羟脯氨酸糖蛋白 (HRGPs)、脯氨酸
富含蛋白 ( PRPs)和氨基乙酸富含蛋白 ( GRPs)。这
三类细胞壁结构蛋白都是多基因家族 ( Ye, 1991)。
HRGP研究的最为透彻,它是一个伸展蛋白, 是
细胞壁蛋白的主要组成部分, 在细胞壁构建中起重
要作用。 1960年, W ilson首先报道了该基因家族,
但当时对这些基因在时空上表达并不清楚。在烟草
侧根发生的开始阶段, HRGPnt3启动子元件特异表
达。Ye等 ( 1991)研究表明富含羟脯氨酸糖蛋白的
mRNAs多出现在活跃的形成层细胞,而且可溶性的
HRGPs在大豆的根尖区域出现; Ludev id等 ( 2001 )
报道在玉米秧苗中,根尖含有最多的富含羟脯氨酸
糖蛋白的 mRNA。这些都表明在细胞壁组装的早期
HRGPs起到重要作用。
SbHRGP 3的 mRNA开始只在根中被检测到, 在
茎和叶中未被检测到。在根的不同发展阶段, Sb
HRGP 3是不同的。在大豆苗萌发阶段 SbHRGP 3的
表达很少, 然后 SbHRGP 3表达开始增加, 在萌发后
第 5d, SbH RGP 3表达达到最大。这表明在大豆根发
育的过程中, SbHRGP 3的表达被有规律的调控。通
过分析大豆初生根和次生根的发生规律, SbHRGP 3
表达同根的发育联系紧密, 并且其表达的多少与次
生根生长的关系更大 [ 14]。
PRPs最初是作为受伤诱导的转录而从胡萝卜
的贮藏根中被鉴定, 其基本的氨基酸组成为 Pro、
H yp、V al、Tyr、Lys、Thr、H is和 G lu。氨基酸和核酸序
列分析表明 PRPs包含一个信号序列,这个信号序
列后面跟一个重复序列 ProProV alXLys, 其中的 X
通常是 Tyr、H is或 G lu[ 39]。
P. THOMAS等 [ 28]研究表明,在葡萄扦插生根过
42
2006年增刊 冯健等:植物生根的分子机理研究进展
程中 VvPRP 1和 VvPRP 2被诱导。他们各自编码一
个已知的脯氨酸富含蛋白类型, 脯氨酸富含蛋白表
现出明显的细胞壁主要蛋白类型的特性, 并且参与
细胞壁的各种发展过程和对环境的响应。在生长素
处理后, VvPRP 1和 VvPRP 2就在茎段内迅速被诱导
表达, 并且这两个基因的表达位置都集中在新根形
成的茎段基部部位。VvPRP 基因对 IAA不敏感,
VvPRP 1基因是创伤诱导的。通过分析葡萄插条的
不同部位及生长素处理后的不同时间取材, 表明
VvPRP基因在处理后 6h内均表达,在插条的茎段和
叶柄处表达量最多。在葡萄茎段扦插生根中,
VvPRP基因起着重要作用,尤其是通过改变细胞壁
的结构使根形成。VvPRP 1编码一个 189个氨基酸
的蛋白质, 其中含有 43个 ( 23% )脯氨酸。脯氨酸
集中在 N端一侧。VvPRP 1蛋白同其他几种植物中
推定的细胞壁脯氨酸富含蛋白有 44% ~ 50%的同
源性。Northern杂交分析表明这两种基因在根薄壁
组织中优先表达, 而在根尖 (包括分裂组织和幼嫩
茎段 )和叶子中都没有这两种基因的表达。通过对
VvPRP 1序列分析和其编码的蛋白质的分析表明,
VvPRP 1编码的蛋白质与从葡萄浆果中部分 ESTs得
到的蛋白质是相同的蛋白质,同时在花芽和与抗冻
相关的基因表达中也有 VvPRP 1基因表达。VvPRP 1
基因同一个盐诱导的苜蓿基因; 一个芦笋基因和一
个苜蓿属根结节基因 (M tN 4)相类似。这些表明
VvPRP 1是一个受伤诱导的基因。这些都暗示
VvPRP 1是一类脯氨酸富含蛋白的一种,其作用是调
整细胞壁以应对各种生长发育或生理的压迫。
VvPRP 2与从成熟的浆果 cDNA文库中分离的 GRIP
( grape ripening induced)基因编码的四种脯氨酸富
含蛋白很相似。与 VvPRP 1不同, VvPRP 2不是受伤
诱导的基因,因此分析其可能的作用是如根的发生
等生长发育过程所特意表达的基因。 VvPRP 1和
VvPRP 2的可能作用是提高细胞壁的可塑性或牢固
性,以便抵抗根发生过程中周围其他细胞对其产生
的机械压力。这一作用同侧根发生过程中的结构细
胞壁蛋白相似,如 HRGPnt3基因编码的蛋白质。
4 展望
随着世界林业的发展,对林木育种工作提出了
更高的要求。如何解决好林木育种中出现的各种问
题和面对的挑战显得尤为重要。在传统种子繁殖已
经无法满足需要的时候, 新兴的林木繁殖方式越来
越被人们所重视。如无性系繁殖的快繁、扦插和体
胚等技术在不断的发展和完善。虽然如此, 但有些
问题仍未解决,如无性繁殖难生根问题。以往通过
运用形态、解剖、生理生化分析和分子生物学等方法
已经取得了一定的研究进展。如阐明了一些相关的
生理生化过程 [ 8, 27 ] ;从分子水平发现了相关的调控
机理并分离到一批相关基因及其表达调控过程。但
是这些结果是有限的, 对阐明植物生根过程是远远
不够的。即使研究最多的生长素,其对植物生根影
响的过程也只是一个初步的了解。生长素信号是非
常复杂的,其过程目前很少为我们所了解。而其它
植物激素,如乙烯和脱落酸,对植物生根的影响, 其
分子机理我们基本上不了解。究其原因主要是试验
材料难以获得。如目前对根的研究主要集中在模式
植物和草本植物中。以林木为材料的研究显有报
道。选择合适的供试材料对于解决相关问题将起到
重要作用。目前,植物体细胞胚胎发生技术已经取
得了显著成就。尤其在针叶树的研究中, 已经建立
一套完整的植物体细胞胚胎发生技术 [ 3~ 5 ]。是否可
以将植物体细胞胚胎发生技术引入研究有待探讨。
植物体细胞胚胎发生是细胞工程中植株再生及体外
快速繁殖的重要途径, 是研究植物无性系的细胞起
源调控和发育、植物有性胚和无性胚的发生机理、植
物细胞全能性、分化及其形态建成的理想实验体系。
以上这些过程都与生根密切相关。因此, 植物体细
胞胚胎发生技术是研究根的一个非常理想的供试材
料。我们有理由相信, 这将大大促进无性系相关分
子理论的研究和完善。
参 考 文 献
1 郭素娟. 北京林业大学, 1997, 19 ( 4) : 64~ 69.
2 李小方, 汤章城, 何玉科. 细胞生物学杂志, 2001: 130~ 136.
3 吕守芳, 张守攻, 齐力旺, 等. 林业科学研究, 2004, 17( 3) : 392
~ 404.
4 齐力旺, 韩一凡, 韩素英, 等. 林业科学, 2004, 40( 1 ) : 52~ 58.
5 齐力旺, 李玲, 韩一凡, 等. 林业科学, 2001, 37 ( 3) : 20~ 29.
6 肖洁凝, 黄学林, 张以顺, 等. 植物生理与分子生物学学报,
2004, 30( 2) : 136~ 140.
7 A lanM archan t, R ish ikesh Bhalerao, Ilda C as im iro, et a.l The Plant
43
生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2006年增刊
C el,l 2002, 14: 589~ 597.
8 Barry Goldfarb, W es ley P. H ackett, G lenn R. Fu rner, et a.l Phys io
log ia Plantarum, 1998, 102: 513~ 522.
9 B en S cheres, Ph ilip Ben fey, L iam Dolan, et a.l Root Developm en t.
The A rab idopsis Book Am erican Society of Plant B iologists, 2002.
10 Carla A. T iccon,i C arla A. Delatorre, B rett L ahn er, et a.l The
Plan t Jou rna,l 2004, 37, 801~ 814.
11 H ideh iro Fukak ,i S atosh i Tam eda, H aruka M asuda, et a.l The
Plan t Jou rna,l 2002, 29: 153~ 168.
12 Hongjia L iu, ShoufengW ang, X iaobo Yu, et a.l The P lan t Jou rna,l
2005, 43: 47~ 56.
13 Jane E. Taylor, Catherine A. N ew Phytologis, 2001, 151: 323~
339.
14 J iH oon Ahn, Yeonh ee Cho,i S angGu K im. P lant Physio,l 1998,
116: 671~ 679.
15 J ill C. W ilm oth, Shu caiWang, Sh iv B. T iwar,i et a.l The P lan t
Journa,l 2005, 43: 118~ 130.
16 J. M. Sand ra H ealy, M argitM enges, JohnH. Doonan, et a.l The
Journal of B iolog icalCh em istry. 2001. 276: 7041~ 7047.
17 Joseph G. Dub rovsky, PeterW. Doern er, Adan ColonCarm ona,
et a.l Plant Physio logy, 2000, 124: 1648~ 1657.
18 Juan Carlos delPozo, M. AngelesLop ezM atas, E lena Ram irezPar
ra, et a.l Physiolog ia Plantarum, 2005, 123: 173~ 183.
19 Kr ist iina H imanen, E lodie Boucheron, S teffenVann este, et a.l The
Plan tC el,l 2002, 14: 2339~ 2351.
20 Krist iina H im anen, M arn ik Vuylstek e, S teffen V anneste, et a.l
Tran scrip t prof iling of early lateral root in it iat ion. PNAS, 2004,
104: 5146~ 5151 .
21 Lau ra U. G illiland, Lucia C. Paw losk,i M u thugapatti K. Kan
dasamy, et a.l Th e P lan t Jou rna,l 2003, 33, 319~ 328.
22 L eiG e, H u i Chen, J iaFu Jiang, et a.l P lant Phys iology, 2004,
135: 1502~ 1513.
23 Lieven De V eylder, Gerrit T. S. Beem ster, Tom B eeckm an, et a.l
The P lan t Journa,l 2001, 25: 617~ 626.
24 Marta J. Lask ow sk ,i M ary E. W ill iam s, H. Chad Nusbaum, et a.l
Developm en t 1995, 121: 3303~ 3310.
25 Math ilde Fagard, Thierry Desnos, Th ierry Desprez, et a.l The Plant
C el,l 2000, 12, 2409~ 2423.
26 M ax Ruegger, E lizabeth Dew ey, W illiam M. G ray, et a.l GENES
& DEVELOPMENT, 1998, 12: 198~ 207 .
27 M ichael S. G reenw ooda, X iuyu C uib, FuyuXua. Phys iologia Plan
tarum, 2001, 111: 373~ 380.
28 P. Thom as, M. M. Lee, J. S ch iefelbein. P lan t Cell and E nviron
ment, 2003, 26: 1497~ 1504.
29 Q ing T ian , JasonW. Developm en t, 1999, 126: 711~ 721 .
30 S ilvia C osta, Liam Do lan. Developm en t, 2003, 130, 2893~ 2901.
31 S iobh an M ary Brady, Sara F. Sarkar, Dario Bon etta, The Plant
Journ a,l 2003, 34, 67~ 75.
32 S teffen Vann este, L iesM aes, Ive De Sm et, et a.l Physio log ia Plan
tarum, 2005, 123: 139~ 146 .
33 T om Beeckm an, Sylvia Bu rssens and D irk Inz. Joum al of Experi
mental Botany, 2001, 52: 403~ 411.
34 Q i Xie, G iovanna Frug is, D ian a C olgan, et a.l Genes& D evelop
ment, 2000, 14: 3024~ 3036.
35 Yu taka Oono, Ch ih aru Oou ra, Ab idu rR ahman, et a.l P lan tPhysio l
ogy, 2003, 133: 1135~ 1147.
36 V anneste, L iesM aes, Ive De Sm et, et a.l Physio log ia P lan tarum,
2005, 123: 139~ 146.
37 Wei L iu, Zh i- H ong Xu, D a Luo, et a.l The P lan t Journ a,l 2003,
36: 189~ 202 .
38 W illiam D. T eale, Ivan A. Paponov, F ranck D itengou et a.l Phys
iologia P lan tarum, 2005, 123: 130~ 138.
39 W il liam Eben er, Thom as J. Fow ler, H idek i Suzuk,i et a.l Plant
Physio.l 1993, 101: 259~ 265.
40 W illiam M. G ray, J. C arlos delPozo, Lon iW alker, et a.l GENES
& DEVELOPMENT, 1999, 13: 1678~ 1691 .
41 XuM, Zhu L, ShouH, W u P. P lan t Cell Phys io,l 2005, 6. .
42 Zh engH ua, Joseph E. V arner. The Plant C el,l 1991, 3: 23~ 37.
44