全 文 ：PLDα1 介导 ABA 调控的拟南芥主根伸长
并参与根毛生长
李 婧 , 章文华?
( 南京农业大学生命科学学院 , 江苏 南京 210095 )
摘要 : 探讨了磷脂酶 Dα1 (PLDα1 ) 在 ABA 抑制拟南芥主根伸长过程中的作用。 PLDα1 基因突变体 pldα1 主
根伸长受 ABA 抑制小于野生型 (WT) ; 根系 PLDα1 活性在 ABA 处理下升高 ; 拟南芥根细胞原生质体中活
性氧 (ROS) 含量在 ABA 处理下升高 , 但是 pldα1 升高小于 WT; 根系 NADPH 氧化酶活性在 ABA 处理下升
高 , pldα1 升高小于 WT, 外源加入 10μmol L - 1 PA (磷脂酸 , PLD水解产物 ) 后 , 前者活性显著升高 ; 外源
加入 H2 O2 可诱导 WT 和 pldα1 主根伸长都受到抑制 , 且二者差异不明显。结果表明 , PLDα1 产生的 PA 通
过激活 NADPH氧化酶产生 ROS介导 ABA 调控的拟南芥主根伸长过程。此外 , 初步探讨了 PLDα1 在拟南芥
根毛尖端生长中的作用 : pldα1 突变体根毛长度小于 WT, 根毛尖端 ROS和 Ca2+ 浓度低于 WT。
关键词 : 拟南芥 ; ABA ; 根 ; PLDα1; PA ; ROS; Ca2 + ; 根毛
中图分类号 : Q 945 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2009) 04 - 309 - 08
PLDα1 Modulated ABA-Mediated Main Root Elongation and
Regulated Tip Growth of Root Hair in Arabidopsis
LI J ing, ZHANG Wen-Hua*
( Collegeof Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095 , China)
Abstract: The role of PLDα1 in ABA inhibition of main root elongation in Arabidopsis was studied . When the seedlings
were treated with ABA , elongation of main root of wild-type (WT) wasinhibitedmore obviously thanthat of pldα1 . Inma-
in root protoplasts, theactivity of both PLDα1 and NADPH oxidase increased under ABA treatment, and the NADPH oxi-
dase activity increased much more inWT than in pldα1 . When 10μmol L - 1 PA was added into the growth medium, the
NADPH oxidaseactivity increased in pldα1 protoplasts . The concentration of ROS in Arabidopsis root protoplasts increased
more quickly in WT than in pldα1 after ABA addition . When H2 O2 was added into theculturemedium, main root elonga-
tion was inhibited in both genotypes . All theseresults suggestedthat, PA produced by PLDα1 acted as aregulator in ABA-
mediated root elongation in Arabidopsisvia NADPH oxidase-produced ROS . Inaddition, root hair of pldα1 wasshorter than
that of WT . On thetip of root hair, pldα1 had lower concentration of ROS and Ca2+ than WT .
Key words: Arabidopsis; ABA ; Root; PLDα1; PA ; ROS; Ca2 + ; Root hair
植物根系既是植物吸收矿质养分和水分的
重要器官 , 又在植物感知外界逆境胁迫的过程中
发挥重要作用。
植物激素脱落酸 ( abscisic acid, ABA ) 是一
种重要的根源逆境信号 , 调控植物生长发育 , 介
导植物对多种生物及非生物胁迫的反应 ( Smet
等 , 2006; Chen等 , 2006 )。ABA 对植物根系发育
的调控已有报道。ABA 处理诱导拟南芥野生型
云 南 植 物 研 究 2009 , 31 (4) : 309～316
Acta Botanica Yunnanica DOI : 10 .3724?SP. J . 1143 .2009.09066
? ?通讯作者 : Author for correspondence; E-mail : whzhang@ njau. edu. cn
收稿日期 : 2009 - 04 - 02 , 2009 - 04 - 07 接受发表
作者简介 : 李婧 , 女 , 在读硕士研究生 , 主要从事植物逆境生理学研究。
根细胞原生质体中活性氧 ( reactive oxygen spe-
cies, ROS) 含量升高 , 而拟南芥根细胞中 ROS
的主要来源 NADPH 氧化酶 D 和 F 亚基缺失的双
突变体 atrbohD?F 幼苗主根的伸长不受 ABA 的抑
制 , 推测 ROS 很可能是 ABA 调控拟南芥根发育
信号链中的一个重要组分 ( Bai 等 , 2007; Gapper
and Dolan, 2006; Kwak 等 , 2003 ) , 但是 ROS 的上
游调节分子还不清楚。
PLD ( phospholipase D) 水解磷脂产生磷脂酸
( phosphatidic acid, PA) 和一个自由头部 , 参与各
种植物生长、发育和逆境响应等细胞过程。PLD
是一个多基因家族的酶 , 可以划分为 6 类 , 12
种基因 , 其中 PLDα1 是构成 PLD 活性的最主要
成员 ( Morris 等 , 1996 )。前 人 的 研 究 证 实 ,
PLDα1 及其产物 PA 在拟南芥保卫细胞 ABA 信号
转导途径中起着重要作用 (Wang, 2002) 。此外 ,
Sang等 ( 2001a) 的研究表明 , PLDα1 及其产物
PA 通过激活 NADPH 氧化酶介导了植物中 ROS
的产生 , 反义抑制 PLDα植物中 , ROS 含量低于
野生型植物 , 而加入外源 PA 则促进了反义抑制
PLDα植物中 ROS 的产生。本研究以拟南芥野生
型 WT 和突变体 pldα1 为材料 , 探讨在 ABA 调控
的植物根发育中 , PLDα1 的作用及信号转导过
程。
根毛的尖端生长需要尖端富集的 ROS 和
Ca
2 + ( Fell and Hepler, 1997 )。根毛尖端 ROS 的
主要来源是 NADPH 氧化酶 , ROS 激活根毛尖端
质膜超极化钙离子通道 ( hyperpolarization-activated
cation channel , HACC) , 从而形成并维持尖端富
集的 Ca2 + ( Foreman等 , 2003 )。PLD 影响根毛尖
端生长的机制是复杂的 , 目前对其机理还不甚清
楚。其中一种可能的机制就是 PLD 产生的 PA 介
导了根毛尖端 ROS 的产生。本文初步描述了在
PLDα1 缺失时拟南芥根毛发育的情况。
1 材料与方法
1 .1 材料的培养和处理
1 .1 .1 主根的培养 所用材料为拟南芥Columbia生态型
野生型 (WT ) 和 T-DNA 插入 PLDα1 缺失突变体 ( pldα1)
(Zhang等 , 2004)。拟南芥种子消毒 (75%乙醇浸泡 2 min,
灭菌水冲洗 2 次 , 再用 2%NaClO浸泡 10 min, 灭菌水冲洗 5
次) 后 , 播种于 MS固体培养基 , 置于 4℃下春化 48 h, 垂
直置放于培养室 (25℃ , 12 h光照 ) 培养。
在进行不同处理时 , 拟南芥种子消毒后播种于 1?4 MS
培养基 , 垂直置放于培养室培养 5 天后移栽到不同处理的
1?4 MS 培养基上 , 继续垂直放置在光照培养室培养。
在 ABA 与根生长关系的实验中 , ABA 浓度梯度为
10 , 30 , 50μmol L - 1 ; 在 ROS 与根生长关系的实验中 ,
外源 ROS浓度梯度为 0 .1 , 0 .5 , 1 , 1 .5 mmol L - 1 ; 培养
基中外源施加 PA 浓度为 20μmol L - 1 。
1 .1 .2 根毛的培养 根毛培养液参照 Zhu 等 ( 2006 )
的配方 , 加入 0 .8 % (W?V) 琼脂配成固体培养基。种子
消毒、播种和幼苗培养同 1 .1 .1 所述。
1 .2 测定方法
1 .2 .1 主根伸长的测定 用记号笔标记移栽到新的培
养基上的幼苗根尖 , 生长 7 天后 , 以标记点为起点 , 测
量主根伸长量。实验设 4 个重复 , 每皿 6 株苗。
1 .2 .2 PLDα1 活性测定 将培养 2 周的拟南芥野生型和
pldα1 植株切取根部 , 浸泡在含有 50μmol L - 1 ABA 的 MS
培养液中一定时间 , 提取总蛋白 , 参照 Fan等 (1997) 的
方法采用3 H 标记的 PC 测定 PLDα1 活性 , 设 3 个重复。
1 .2 .3 根原生质体 ROS含量测定 以 2 , 7-di-chloroflu-
orescin diacetate (H2 DCF-DA) (Simontacchi 等 , 1993 ) 作为
胞内 ROS 的荧光探针。参照 Demidchik and Tester (2002)
的方法提取根细胞原生质体 , 用含有 50μmol L - 1 H2 DCF-
DA 的 WI (含 10 mmol L - 1 KCl , 10 mmol L - 1 CaCl2 , 2 mmol
L - 1 MgCl2 , 2 mmol L - 1 MES [ 2-(N-morpholino)-ethanesulfon-
ic acid] , pH 值用 Tris调至 5 .6 , 渗透压用甘露醇调至 290
～300 mOsM) 孵育 30 min, 用激光共聚焦显微镜 ( laser
can confocal microscope, LSCM) (Leica, TCS-SP2) 检测根细
胞原生质体内 ROS 含量的变化。LSCM 的工作条件为 :
Ex = 488 nm, Em = 535 nm, 激光功率 3 %。荧光强度用
Leicaconfocal software (version 2 .5) 测定。实验重复 3 次 ,
每次随机拍 10～20 个原生质体。
1 .2 .4 NADPH氧化酶活性测定 提取拟南芥根细胞
原生质体 , 用 HO2·?O2 - 特异性染料 XTT 测定 NADPH 氧
化酶产生的 HO2·?O2 - , 从而表示 NADPH氧化酶的活性。
离心分离原生质体用于蛋白测定。结果换算成 OD470 mg?
protein?h (Amanda等 , 1998)。
1 .2 .5 根毛长度和密度的测量 将生长有幼苗的培养
皿置于体式镜 (MZFLⅢ , Leica Microsystem, wetzlar, Gemr-
nay) 载物台上 , 对距根尖第二和第三毫米处根上的根毛
进行拍照 , 每个处理重复 3 次 , 每个重复 15 棵苗。利用
软件 Motic Images plus 2 .0 ( China Group co . LTD .) 计数根
毛数目 , 分析根毛长度 (Zhu等 , 2006)。
1 .2 .6 根毛 ROS 和 Ca2 + 荧光染料的染色 根毛 ROS
荧光染料的染色 : 将在培养基表面生长 7 天的拟南芥幼
根轻轻取下 , 悬浮在含有 50μmol L - 1 2 , 7-di-chlorofluores-
013 云 南 植 物 研 究 31 卷
cin diacetate (H2 DCF-DA ) 的根毛培养液中 5 min, 用 10
mmol L - 1 MES-Tris, pH 5 .5 的缓冲液冲洗 3 次后测定。用
激光共聚焦显微镜 ( laser scan confocal microscope, LSCM)
检测根毛细胞中 DCF 荧光强度的变化。LSCM 工作条件
同 1 .2 .3。
根毛 Ca2 + 荧光染料的染色 : 将在培养基表面生长的
拟南芥幼根苗轻轻取下 , 悬浮在染色液 ( 10μmol L - 1
Fluo-3 AM, 10 mmol L - 1 MES-Tris, pH 5.8 ) 中 , 在 4℃下
染色 2 小时。用 10 mmol L - 1 MES-Tris, pH 5 .5 的缓冲液洗
3 次 , 在室温下放置 2 小时后测定。
1.2.7 ROS和 Ca2+ 浓度的激光共聚焦测定 激光共聚焦
显微镜设置同 1.2.3 , 荧光强度用 Leica confocal software (ver-
sion 2.5) 测定。实验重复 3 次 , 每个重复拍 10 根根毛。
1 .3 数据统计
图表用 Excel 软件绘制 , 方差用 SPSS 10 .0 (SPASS,
Chicago, USA) 计算。
2 观察结果
2 .1 PLDα1 介导 ABA 调控的拟南芥主根伸长
2 .1 .1 ABA 处理对野生型拟南芥根系 PLDα1 活
性的影响 图 1 的结果表明 , pldα1 突变体中
PLDα1 活性很低 , 几乎无法测出 , 表明该突变体
图 1 ABA 处理引起拟南芥野生型根系 PLDα1 活性上升
Fig . 1 Arabidopsis root PLDα1 activity increased under ABA treatment
中 pldα1 基因已经敲除。而 ABA 处理野生型拟南
芥根系引起根系 PLDα1 活性大幅度上升。
2 .1 .2 ABA 和 PA 处理对拟南芥野生型 ( WT)
和 pldα1 主根伸长的影响 从图 2 中我们可以
看到在 ABA 处理下 , pldα1 和 WT 主根伸长均受
到抑制。野生型主根伸长量降为对照的 26 .9% ,
1134 期 李婧和章文华 : PLDα1 介导 ABA 调控的拟南芥主根伸长并参与根毛生长
pldα1 突变体主根伸长量则降为对照的 48 .3%。
相比之下 , 野生型主根伸长所受的抑制要大于
pldα1 突变体。
当加入外源 PA 时 , 野生型和 pldα1 突变体
主根伸长都受到抑制 , 分别降为对照的 70 .3%
和 73 .5% , 二者差异不显著。
2 .1 .3 ABA 处理下拟南芥根细胞 ROS 含量
提取拟南芥根原生质体 , 用 50μmol L - 1 ABA
处理后细胞内 ROS 含量在前两分钟没有表现出
明显的差异 , 随着处理时间的增加 , 野生型根细
胞原生质体中 ROS 含量大幅度升高 , pldα1 突变
体上升幅度远远小于突变体 (图 3: A )。统计结
果 (图 3: B) 也表明 , PLDα1 的缺失影响了 ABA
处理下拟南芥根细胞中 ROS 的产生。
图 3 ABA 处理下拟南芥根细胞 ROS含量
A . 50μmol L - 1 ABA 处理 H2 DCF-DA 孵育的根原生质体
细胞 LSCM 扫描荧光图 ; B . 荧光强度平均数据统计图。
( n= 18 , 标准差由 3 次实验得到 )
Fig . 3 Concentration of ROS in Arabidopsis root cell
protoplast under ABA treatment
A , Root protoplasts of WT and pldα1 loaded with H2 DCF-DA in the
presenceof 50μmol L - 1 ABA ; B , Average fluorescence intensity
in protoplasts . ( Values are the means of 18 seedlings (±SD)
from 3 independent experiments)
2 .1 .4 ABA 处理对拟南芥根细胞原生质体 NAD-
PH 氧化酶活性的影响 如图 4 所示 , ABA 处
理下 , 野生型根细胞原生质体中 NADPH 氧化酶
活性明显上升为对照的 146% , 而 pldα1 上升为
对照的 115%。相 比之 下 , 野 生 型根 细 胞 中
NADPH 氧化酶活性 上升 比 pldα1 剧 烈。而 对
pldα1 根细胞原生质体添加外源 PA 后 NADPH 氧
化酶活性上升至对照的 137% , 野生型则上升为
对照的 113%。
图 4 外源施加 ABA 及 PA 对拟南芥 WT 和 pldα1 根
细胞原生质体 NADPH 氧化酶活性的影响
Fig . 4 NADPH oxidase activity of both WT and pldα1
root protoplast under ABA treatment
2.1.5 外源施加 H2 O2 对拟南芥野生型和 pldα1 主
根伸长的影响 从图 5 可以看出 , 在外源施加
H2 O2 时 , 野生型和 pldα1 主根伸长都呈现下降的趋
势 , 具有浓度依赖性 , 且二者之间并无显著差异。
图 5 外源施加 H2 O2 对拟南芥野生型和 pldα1 主根伸长的影响
Fig . 5 Main root elongation of WT and pldα1 under ROS treatment
213 云 南 植 物 研 究 31 卷
2 .2 PLDα1 调控拟南芥根毛生长
2 .2 .1 PLDα1 缺失对根毛生长的影响 从图 6
可以看出 , 在 PLDα1 缺失的情况下 , 拟南芥根毛
的长度显著小于野生型 , 但是对根毛密度没有明
显的影响。
2 .2 .2 PLDα1 缺失对拟南芥根毛尖端 ROS 含量
的影响 图 7 的结果和统计显示 , 当 PLDα1 缺
失时 , 根毛尖端 ROS 含量显著低于野生型。这
个结果和 2 .1 .3 的结果有一定的一致性。
2 .2 .3 PLDα1 缺失对拟南芥根毛尖端 Ca2 + 含量
的影响 图 8 的结果和统计结果表明 , pldα1
根毛尖端 Ca2 + 含量显著低于野生型。
3 讨论
PLD是植物中一种重要的信号转导酶 , 响应
多种外界环境刺激 , 例如机械损伤 ( Wang 等 ,
2000)、低 温 ( Li 等 , 2004 )、高 渗 ( Frank 等 ,
2000; Sang等 , 2001b)、ABA (Munnik, 2001) 和病
原微生物 (Young等 , 1996 ) 等。PLDα1 是 PLD 家
族中响应 ABA 信号最重要的成员 , 可以通过多种
途径响应 ABA 信号。PLDα1 的产物 PA 与在 ABA
诱导气孔关闭过程中起负调节作用的磷酸酶 ABI1
结合 , 将其锚定在膜上 , 从而抑制了 ABI1 对 ABA
信号的负调节功能 (Zhang等 , 2004)。PA 还可以
与三聚体 G 蛋白的α亚基结合从而介导 ABA 抑制
气孔打开的过程 (Girish等 , 2006)。在本研究中 ,
我们发现 , PLDα1 通过一条新的途径介导了 ABA
在拟南芥根部的信号转导过程。
ABA 处理引起拟南芥根系 PLDα1 活性上升 ,
这与前人在拟南芥叶片和燕麦糊粉层中的结果是
一致的 ( Ritchie and Gilroy, 1998; Sang等 , 2001a)。
这表明 , PLDα1 响应 ABA 信号 , PLDα1 及其产物
很可能也参与了根细胞中的 ABA 信号转导。生理
实验的结果证实了这个推断。ABA 处理下 , pldα1
突变体主根伸长受抑制的程度显著小于野生型。
这就说明 , PLDα1 的缺失影响了拟南芥主根伸长
对 ABA 作用的敏感性。而当外源加入 PLDα1 产物
PA 时 , 野生型和 pldα1 突变体主根伸长都受到抑
制 , 侧根数均增加 (数据未列出 ) , 并且没有显著
的差异。对比这两个结果我们发现 , 外源加入 PA
部分模拟了 ABA 处理的效果 , 说明 PA 介导了
ABA 抑制主根伸长的信号转导通路。
图 6 野生型和 pldα1 根毛长度和密度的比较
A . 野生型和 pldα1 的根毛图片 ( bar = 0 .5 mm) ; B . 根毛长度统计数据 ( n= 18 , 标准差由 3 次实验得到 ) ;
C . 根毛密度统计数据 ( n= 18 , 标准差由 3 次实验得到 )
Fig . 6 Comparison of root hair length and density between WT and pldα1
A , Photographs showing root hair of WT and pldα1 ( bar = 0 . 5 mm) ; B, Root hair length . ( Values are the means of 18 seedlings ( ±SD )
from 3 independent experiments; C, Root hair density (Values are the means of 18 seedlings ( ±SD) from3 independent experiments)
3134 期 李婧和章文华 : PLDα1 介导 ABA 调控的拟南芥主根伸长并参与根毛生长
图 7 A . H2 DCF-DA 染色的野生型和根毛尖端 LSCM 扫描
荧光图 ; B . 荧光强度平均数据统计图
Fig . 7 A , CLSM imaging of root hair from WT and pldα1 stained
with H2 DCF-DA; B , Average fluorescence intensity in protoplasts
( n= 18 , ( ±SD ) from 3 independent experiments)
图 8 A . Fluo-3 染色的野生型和 pldα1 根毛尖端 LSCM 扫描
荧光图 ; B . 荧光强度平均数据 (n= 18)
Fig . 8 A , CLSM imaging of root hair from WT and pldα1 stained
with Fluo-3 ; B, Averagefluorescence intensity in protoplasts
(n = 18 , (±SD) from 3 independent experiments)
ROS 作为第二信使作用于 ABA 信号的早期
阶段 , 介导 ABA 诱导气孔保卫细胞关闭的信号
转导途径 ( Pei 等 , 2000 )。同时 , ROS 也是 ABA
抑制拟南芥主根伸长的重要信号分子 ( Bai 等 ,
2007; Gapper and Dolan, 2006; Kwak 等 , 2003 )。
我们测定了 ABA 处理下野生型和 pldα1 突变体根
细胞原生质体中 ROS 的含量 , 结果发现 , 在对
照条件下 , pldα1 突变体根细胞原生质体中 ROS
的含量低于野生型 , 而 ABA 处理下 , 野生型根
细胞原生质体 ROS 含量大幅度快速上升 , 而
pldα1 则上升缓慢 , 且上升幅度远低于野生型。
这个结果表明 , 在 ABA 处理中 , 细胞内 ROS 含
量的提高依赖于 PLDα1 的作用 , PLDα1 作用于
ROS的上游。但是 , 在 ABA 处理中 , pldα1 突变
体根细胞原生质体中 ROS 仍有少量上升 , 我们
推测 , 在 ABA 处理下 , 很可能有其它 ROS 来源 ,
或者有其他不依赖于 PLDα1 作用的信号通路激活
了 NADPH 氧化酶 , 在 ABA 信号转导中起作用。
PLDα1 是如何参与 ABA 诱导的 ROS 产生的 ?
植物中的 ROS 可以由多条途径产生。除了电子
传递过程中产生的 ROS 外 , ROS 还可以由质膜
上的 NADPH 氧化酶 , 细胞壁中的过氧化物酶、
胺氧 化酶、草酸 氧化 酶途 径产 生 ( Grant and
Loake, 2000; Mittler, 2002; Neill 等 , 2002;
Vranová等 , 2002) 。在 ABA 处理的拟南芥根细胞
中导致 ROS 浓度上升的过程中 , ROS 的来源主
要是 NADPH 氧化酶 AtrbohD 和 AtrbohF 两个亚基
( Kwak 等 , 2003; Torres and Dangl , 2005 ) 。对
NADPH 氧化酶活性的测定结果表明 , ABA 处理
拟南芥根系可以诱导 NADPH 氧化酶活性升高 ,
PLDα1 参与了 ABA 诱导的 NADPH 氧化酶活性的
升高。而外源 加入 PA 显著 提高了 野生型 和
pldα1 突变体 NADPH 氧化酶活性。而 PLDα1 的产
物 PA 正是激活 NADPH 氧化酶的作用因子 (Sang
等 , 2001a) 。此外 , 外源 PA 激活 NADPH 氧化酶
的作用在 pldα1 突变体中体现得比在野生型中更
为明显。这个结果和 Sang等 (2001a) 的结果是一
致的 , 说明细胞内源 PA 对诱导 NADPH 氧化酶活
性上升更有效 , 所以外源施加 PA 未能更高程度
地激活 NADPH 氧化酶。在 pldα1 突变体中 , NAD-
PH氧化酶活性仍有少量上升 , 推测在拟南芥根系
中 , ABA 处理引起 NADPH 氧化酶活性上升可能还
413 云 南 植 物 研 究 31 卷
有其它不依赖于 PLDα1 的次要因素。
NADPH 氧化酶作用于 NADPH 产生超氧阴离
子 , 超氧阴离子经过 SOD 的歧化作用产生 H2 O2 ,
H2 O2 是植物体内 ROS 的主要形式 ( Gapper and
Dolan, 2006 )。为了研究 PLDα1 是否参与了 ROS
下游的信号转导过程 , 我们对野生型和 pldα1 突
变体的幼苗加入了外源 H2 O2 。结果表明 , H2 O2
在培养基中的施加使得野生型和 pldα1 突变体主
根伸长均受到抑制 , 二者之间差异不明显 , 且具
有浓度依赖性。这就说明 , ROS浓度的升高可以
抑制拟南芥主根伸长 ; 在 ABA 抑制拟南芥主根
伸长的信号转导途径中 , 虽然 ROS 产生依赖于
PLDα1 的产物 PA 激活 NADPH 氧化酶 , 但是它的
作用不依赖于 PA , 是处在 PA 下游的信号分子。
综上所述 , ABA 处理抑制拟南芥主根伸长
存在这样一条依赖 PLDα1 的途径 : 外源 ABA 处
理诱导 PLDα1 活性上升 , 水解磷脂产生 PA , PA
通过激活 NADPH 氧化酶活性使得细胞内 ROS 含
量大幅度增加 , 进而引发下游信号转导机制 , 从
而抑制了主根的伸长。此外 , 我们从图 1 中还可
以看到 , ABA 处理下 , pldα1 突变体的主根伸长
仍然受到了强烈的抑制。这一结果与前人的研究
有差异。Zhang等 ( 2004 ) 在以气孔为模型进行
的研究中 , ABA 不能诱导 pldα1 突变体气孔关
闭。我们推测 , 在 ABA 调控拟南芥主根伸长的
信号转导过程中 , 有可能存在着不依赖于 PLDα1
的信号途径。
在对野生型和 pldα1 突变体根毛长度的描述
中 , PLDα1 的缺失显著抑制了拟南芥根毛的尖端
生长 , 但是对根毛密度没有明显的影响。Martin
等 (2003 ) 的研究 表明 , 当施加 1-BuOH 抑制
PLD活性时 , 花粉管停止萌发和尖端生长 , 若外
源施加 PA , 则可以逆转这种现象 , 且外源施加
的 PA 进入花粉管后集中在尖端区域。同样的 ,
当对根毛外源施加 1-BuOH 时 , 根毛的发生和伸
长完全停止 ( Ohashi 等 , 2003 )。这些结果证实 ,
在根毛的生长过程中 , PLD 的产物 PA 和细胞的
尖端生长有着密不可分的联系。
PLD 是怎样调控根毛的尖端生长还不清楚。
一种可能的途径就是通过调节根毛尖端 ROS 的
产生及作用来调节根毛尖端生长。
根毛中 ROS 的来源主要是 NADPH 氧化酶
(Foreman等 , 2003) , 而如前文所述 , PLDα1 的产
物 PA 可以激活 NADPH 氧化酶 , 从而介导 ROS
的产生。此外 , 在细胞程序性死亡 ( programmed
cell death, PCD) 中 , PA 是 Rho相关的小 G 蛋白
GTPase2 ( ROP2 ) 的一个非常重要的调节因子 ,
直接参与了 ROP2 诱导的 ROS 产生 ( Park 等 ,
2004)。在根毛中 , ROP2 调节根毛膨胀部位 , 确
定生长点 , 是根毛产生和进行尖端生长一个重要
的调控因子 ( Jones等 , 2002)。
我们利用激光共聚焦显微镜检测了 pldα1 突
变体根毛尖端 ROS 的浓度 , 结果证实 , PLDα1 的
缺失导致了根毛尖端富集 ROS 浓度的降低 , 这
个结果和 pldα1 突变体根细胞原生质体中 ROS 含
量低于野生型是一致的 , 说明 PLDα1 不仅在根细
胞中对 ROS 的产生发挥着积极的作用 , 在根毛
尖端也存在同样的机制。随后对根毛尖端 Ca2 +
浓度的测定表明 , pldα1 突变体根毛尖端 Ca2 + 浓
度显著低于野生型。因此 , 我们推测 , PLDα1 通
过介导根毛尖端 ROS 的产生 , 进而影响尖端
Ca
2 + 浓度来调控根毛的生长。
综上所述 , PLDα1 参与了 ABA 调控的拟南
芥主根伸长 , PLDα1 的缺失影 响了根毛 尖端
ROS、Ca2 + 的积累和根毛的生长。
〔参 考 文 献〕
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