AtMYB77促进NO合成参与调控干旱胁迫下拟南芥侧根发育

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车永梅^†, 孙艳君^†, 卢松冲, 侯丽霞, 范欣欣, 刘新^,^*青岛农业大学生命科学学院, 山东省高校植物生物技术重点实验室, 青岛 266109

AtMYB77 Involves in Lateral Root Development via Regulating Nitric Oxide Biosynthesis under Drought Stress in Arabidopsis thaliana

Yongmei Che^†, Yanjun Sun^†, Songchong Lu, Lixia Hou, Xinxin Fan, Xin Liu^,^*Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province, Life Science College, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China

通讯作者: *E-mail:liuxin6080@126.com

†共同第一作者
责任编辑: 孙冬花
收稿日期:2020-12-22接受日期:2021-04-19

基金资助:

国家自然科学基金(31770275)
国家自然科学基金(31701063)

Corresponding authors: *E-mail:liuxin6080@126.com
†These authors contributed equally to this paper
Received:2020-12-22Accepted:2021-04-19

摘要
转录因子MYB77与信号分子一氧化碳(NO)是侧根发育的重要调节因子, 但MYB77和NO在干旱胁迫下侧根发生中的作用及机制尚不明确。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、AtMYB77缺失突变体Atmyb77-1及过表达株系AtOE77-1和AtOE77-3为材料, 研究了MYB77和NO在干旱胁迫下侧根发生中的作用。结果表明, AtMYB77受干旱胁迫诱导, AtMYB77缺失导致干旱胁迫下侧根发育相关基因CYCA2;1和CDKA;1表达下调, 同时Atmyb77-1的侧根数目和长度显著低于野生型, AtMYB77过表达则作用相反, 表明AtMYB77参与干旱胁迫下侧根发育的调控过程。干旱胁迫下, 拟南芥根系NO含量显著升高, NO合成关键酶NO合酶(NOS)和硝酸还原酶(NR)活性及基因表达上调, Atmyb77-1中NO含量、NOS和NR活性及基因表达量显著低于野生型, 而AtOE77-1和AtOE77-3根系NO含量及合成酶活性和基因表达量显著高于野生型。外施NO供体硝普钠(SNP)能缓解AtMYB77缺失对CYCA2;1和CDKA;1表达及侧根生长的抑制, NO清除剂或合成抑制剂则削弱AtMYB77过表达对侧根生长的促进作用。上述结果表明, AtMYB77通过促进NO合成参与干旱诱导的拟南芥侧根生长过程, 研究结果为深入解析干旱诱导侧根生长的信号转导机制和培育耐旱植物奠定了理论基础。
关键词： AtMYB77;NO;侧根发育;干旱胁迫;拟南芥

Abstract
Both transcription factor MYB77 and signal molecule nitric oxide (NO) are important regulators of lateral root development. However, our understanding about the role of MYB77 and NO in the regulation of lateral root formation in plants remains elusive. This study investigated the roles and interrelation of MYB77 and NO in regulating lateral root formation under drought stress by using wild type Arabidopsis, AtMYB77 deletion mutant Atmyb77-1 and overexpression lines AtOE77-1 and AtOE77-3. The results showed that the expression of AtMYB77 was induced by drought stress. When subjected to drought stress treatment, the Atmyb77-1 mutant showed down-regulation of CYCA2;1 and CDKA;1, two genes that are related with lateral root development. Meanwhile, the number and length of lateral roots in the Atmyb77-1 mutant were significantly lower than those in wild type, while AtOE77-1 and AtOE77-3 lines displayed more and longer lateral roots. These results indicated that AtMYB77 was involved in the regulation of lateral root development under drought stress. We also showed that drought stress could increase the NO content, as well as the nitric oxide synthase (NOS) and nitrate reductase (NR) enzymes activity and gene expression in roots of Arabidopsis. Such increase in NO content, NOS and NR activities as well as related gene transcript levels were attenuated by deletion of AtMYB77 but enhanced by AtMYB77 overexpression. Exogenous NO donor sodium nitroprusside (SNP) alleviated the inhibitive effects of AtMYB77 deletion on the expressions of CYCA2;1 and CDKA;1 as well as the lateral root formation, while NO sca-vengers or synthesis inhibitors attenuate the promoting effect of AtMYB77 overexpression on lateral root growth. Taken together, these results demonstrate that AtMYB77 participates in drought-induced lateral root growth by promoting NO synthesis.
Keywords：AtMYB77;NO;lateral root development;drought stress;Arabidopsis thaliana

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引用本文
车永梅, 孙艳君, 卢松冲, 侯丽霞, 范欣欣, 刘新. AtMYB77促进NO合成参与调控干旱胁迫下拟南芥侧根发育. 植物学报, 2021, 56(4): 404-413 doi:10.11983/CBB20207
Che Yongmei, Sun Yanjun, Lu Songchong, Hou Lixia, Fan Xinxin, Liu Xin. AtMYB77 Involves in Lateral Root Development via Regulating Nitric Oxide Biosynthesis under Drought Stress in Arabidopsis thaliana. Chinese Bulletin of Botany, 2021, 56(4): 404-413 doi:10.11983/CBB20207

干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起。根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019)。侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控。多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育。研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018)。其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020)。该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同。例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017)。有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016)。ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道。

一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017)。植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶。拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013)。有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019)。NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006)。NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道。本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)野生型(Col-0生态型)购自美国拟南芥生物资源中心, 拟南芥AtMYB77 T-DNA插入突变体(SALK_067655, 命名为Atmyb 77-1)由朱健康老师(中国科学院上海植物逆境生物学研究中心)惠赠, AtMYB77过表达植株AtOE77-1和AtOE77-3由本实验室构建。

NO荧光探针DAF-FM DA购于碧云天生物技术公司(上海)。NO供体硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)、NO专一性清除剂(carboxy-PTIO potassium salt solid, c-PTIO)、NO合成抑制剂(NG-nitro-L- arginine methyl ester hydrochloride, L-NAME)和钨酸钠(sodium tungstate dihydrate, Na₂WO₄)均购自Sigma公司(美国)。其它试剂为国产分析纯。

1.2 实验材料培养和处理

将野生型拟南芥、AtMYB77缺失突变体及过表达植株种子用10% NaClO消毒15分钟, 无菌水清洗数次, 然后接种于MS固体培养基上。4°C黑暗条件下培养2-4天, 然后转入光照培养箱垂直生长4天。挑选长势一致的幼苗于MS营养液中、含60 mmol·L^-1甘露醇的MS营养液或分别含有0.05 mmol·L^-1 c-PTIO、0.1 mmol·L^-1 Na₂WO₄、0. 05 mmol·L^-1 L-NAME和0.01 mmol·L^-1 SNP的含60 mmol·L^-1甘露醇的MS营养液中, 梯度处理0、15、30、60、120和180分钟后测定AtMYB77的表达量; 处理4-6小时后测定AtNOA1、AtNia1和AtNia2的表达量及NOS和NR活性与NO含量; 处理12小时后测定CYCA2;1和CDKA;1的表达量; 处理14天后观察并测定拟南芥根系的生长状况, 统计侧根数目和长度。

1.3 NO的荧光检测

参考刘国华等(2009)的方法并稍作修改。在20 μmol·L^-1 HEPES-NaOH buffer (pH7.4)中加入5 μmol·L^-1 DAF-FM DA, 使其终浓度为1 μmol·L^-1。将1周龄生长状态良好的幼苗根放入溶液中, 黑暗孵育20分钟后, 用缓冲液冲洗3次, 以确保染料完全清洗干净。最后将根放置于载玻片上, 盖好盖玻片, 用488 nm蓝色光激发, 发射波长为515 nm, 经激光共聚焦扫描显微镜(LEICA TCS SP5 II)扫描。

1.4 NO含量和NOS活性测定

用NO和NOS试剂盒(南京建成生物工程研究所, 中国)测定NO和NOS活性。

1.5 NR活性测定

NR活性测定参照刘国华等(2009)的方法。

1.6 基因表达量检测

利用实时荧光定量PCR技术检测基因的表达量。用CTAB法提取总RNA, 在NCBI数据库中检索基因序列, 用primer blast设计引物, 所用引物见表1。以PrimeScript RT Reagent Kit with gDNA Eraser (Takara Bio)反转录获得的cDNA为模板。实时荧光定量PCR程序为: 94°C5分钟; 94°C30秒, 57°C30秒, 72°C30秒, 30个循环; 每个样品重复3次。以Actin为内参基因, 用2^-ΔΔCT方法(Willems et al., 2008)计算基因的相对表达量。

Table 1
表1
表1定量PCR引物序列
Table 1The primers used for quantitative PCR analysis

Primer name	Primer sequence (5°-3°)
AtMYB77-FP	GGAGAAGGACGTAGAGGTGAG
AtMYB77-RP	GGTGTTATTACTCCACAATCCCTA
AtCDKA;1-FP	GAGGATACATGGCGTGGGGTA
AtCDKA;1-RP	GCGTTGATTCTTTTGGTCGGA
AtCYCA2;1-FP	GCCCCTGAAATCCACTACAAT
AtCYCA2;1-RP	AGAGACCTCCACAAGCCAATC
AtNia1-FP	AGGTCCACTAGGGCACATCG
AtNia1-RP	TTCGTCCTCTGGATCACTCAATAT
AtNia2-FP	TTCTTACAAACCTCCCGTTCCAG
AtNia2-RP	GATTTTCTTATCATCTCCTTGTAGT
AtNOS1-FP	GATTCTCCGGGATTTGTCGA
AtNOS1-RP	CCTCCATTACCACCAACTGCT

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1.7 数据统计方法

每个处理取6棵植株, 分别测量侧根长度和数目, 其它实验结果均为3次重复的平均值±标准误。采用DPS软件对数据进行显著性分析; 用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与讨论

2.1 AtMYB77受干旱胁迫诱导表达

用60 mmol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫, 检测干旱胁迫对AtMYB77表达的影响。结果显示, 干旱胁迫诱导拟南芥根中AtMYB77表达量升高, 于处理15分钟时达到峰值, 随后降低(图1)。

图1

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图1干旱胁迫对拟南芥根部AtMYB77表达的影响

CK: 对照。不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。
Figure 1The effect of drought stress on AtMYB77 expression in Arabidopsis roots

CK: Control. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at P<0.05.

2.2 干旱胁迫下AtMYB77参与调控拟南芥侧根的发育过程

AtMYB77受干旱胁迫诱导(图1), MYB77在侧根发育过程中起重要作用(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016)。MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控? 我们检测了干旱胁迫对AtMYB77缺失突变体及过表达株系侧根数目及长度的影响。结果显示, 正常条件下AtMYB77缺失或过表达对侧根生长无显著影响; 干旱诱导拟南芥侧根数目增加, 且AtMYB77过表达植株侧根数目以及长度均显著高于野生型拟南芥(P<0.05), 缺失突变体Atmyb77-1则显著低于野生型(P<0.05) (图2A-C), 表明AtMYB77参与干旱胁迫下侧根发生的调控。

图2

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图2干旱对拟南芥Atmyb77-1突变体和AtMYB77过表达株系侧根生长和发育相关基因表达的影响

(A) 干旱胁迫下Atmyb77-1突变体根系生长表型(Bar=1 cm); (B) 干旱对拟南芥Atmyb77-1突变体和AtMYB77过表达株系侧根数目的影响; (C) 干旱对拟南芥Atmyb77-1突变体和AtMYB77过表达株系侧根长度的影响; (D) 干旱对拟南芥Atmyb77-1突变体和AtMYB77过表达株系根部AtCYCA2;1表达的影响; (E) 干旱对拟南芥Atmyb77-1突变体和AtMYB77过表达株系根部AtCDKA;1表达的影响。CK: 对照; WT: 野生型。不同小写字母表示不同株系的不同处理间差异显著(P<0.05)。
Figure 2Effects of drought stress on lateral root growth and expression of lateral root development related genes in Arabidopsis Atmyb77-1 mutant and AtMYB77 overexpression lines

(A) Root phenotypes of Atmyb77-1 mutant under drought stress (Bar=1 cm); (B) Effects of drought stress on lateral root number of Atmyb77-1 mutant and AtMYB77 overexpression lines; (C) Effects of drought stress on lateral root length of Atmyb77-1 mutant and AtMYB77 overexpression lines; (D) Effects of drought stress on relative expression level of AtCYCA2;1 in roots of Arabidopsis Atmyb77-1 mutant and AtMYB77 overexpression lines; (E) Effects of drought stress on relative expression level of AtCDKA;1 in roots of Arabidopsis Atmyb77-1 mutant and AtMYB77 overexpression lines. CK: Control; WT: Wild type. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments of different lines at P<0.05.

正常条件下, AtMYB77过表达植株中侧根发育相关基因AtCYCA2;1和AtCDKA;1的表达量明显高于野生型和AtMYB77缺失突变体; 干旱胁迫12小时, 野生型拟南芥和过表达植株中AtCYCA2;1和AtCDKA;1的表达量显著上升, 并且过表达植株中上升幅度更大, 而缺失突变体Atmyb77-1中AtCYCA2;1以及AtCDKA;1的表达量上调受到抑制, 但差异不显著(图2D, E)。推测AtMYB77可能通过调控AtCYCA2;1和AtCDKA;1或其它侧根发育相关基因的表达参与调控侧根的发生, 进而应答干旱胁迫。

2.3 干旱胁迫下AtMYB77调控拟南芥根部NO合成

NO是植物体内广泛存在的气体信号分子, 能够诱导细胞周期调控基因的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2006)。我们利用激光共聚焦显微技术和定量测定方法研究了干旱胁迫下拟南芥及AtMYB77缺失或过表达株系根部NO含量的变化。结果表明, 正常条件下, AtMYB77过表达植株和野生型植株根中NO含量显著高于缺失突变体(P< 0.05); 干旱条件下, 野生型拟南芥和过表达株系根中NO含量显著增加(P<0.05), 过表达植株中增加幅度大于野生型, 缺失突变体Atmyb77-1根中NO含量无显著变化(图3A, B)。表明AtMYB77可调控NO的合成, 参与干旱胁迫的应答过程。

图3

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图3干旱对拟南芥根部NO含量及NO合成酶活性和相关基因表达的影响

(A) 干旱胁迫下拟南芥根部NO荧光成像(Bars=100 μm); (B) 干旱对拟南芥根部NO含量的影响; (C) 干旱对拟南芥根部NOS活性的影响; (D) 干旱对拟南芥根部NR活性的影响; (E) 干旱对拟南芥根部AtNOS1表达量的影响; (F) 干旱对拟南芥根部AtNia1表达量的影响; (G) 干旱对拟南芥根部AtNia2表达量的影响。CK: 对照; WT: 野生型; NOS: 一氧化氮合酶; NR: 硝酸还原酶。不同小写字母表示不同株系的不同处理间差异显著(P<0.05)。
Figure 3Effects of drought stress on NO content, activities and gene expression of NO synthesis enzymes in Arabidopsis roots

(A) NO fluorescence imaging of Arabidopsis roots under drought stress (Bars=100 μm); (B) Effects of drought stress on NO content in Arabidopsis roots; (C) Effects of drought stress on NOS activity in Arabidopsis roots; (D) Effects of drought stress on NR activity in Arabidopsis roots; (E) Effects of drought stress on relative expression level of AtNOS1 in Arabidopsis roots; (F) Effects of drought stress on relative expression level of AtNia1 in Arabidopsis roots; (G) Effects of drought stress on relative expression level of AtNia2 in Arabidopsis roots. CK: Control; WT: Wild type; NOS: Nitric oxide synthase; NR: Nitrate reductase. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments of different lines at P<0.05.

植物体内NO的酶促合成途径主要包括NOS和NR途径, 我们检测了干旱胁迫下拟南芥根中NOS和NR活性及相关基因的表达量变化。结果显示, 干旱胁迫下, 野生型拟南芥和AtMYB77过表达植株NOS活性增强, AtNOS1和AtNia2表达量显著增加(P<0.05), AtMYB77过表达植株AtNia1的表达量也显著增加(P<0.05), 而缺失突变体Atmyb77-1中干旱诱导的NO合成酶活性和相关基因表达上调受到抑制(图3C-G)。推测干旱胁迫下AtMYB77通过NR和NOS途径调控NO合成, 且NOS途径为主要调控途径。

2.4 外源NO缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用

为探究干旱胁迫下AtMYB77位于NO的上游参与调控侧根生长过程的可能性, 对干旱胁迫下的AtMYB77 缺失突变体进行外施NO供体SNP处理。结果表明, 外施NO供体可缓解AtMYB77缺失对侧根形成(图4A-C)及AtCYCA2;1和AtCDKA;1表达的抑制作用(图4D, E)。

图4

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图4NO供体硝普钠(SNP)对干旱条件下拟南芥Atmyb77-1缺失突变体侧根生长和发育关键基因表达的影响

(A) SNP对干旱胁迫下Atmyb77-1突变体根系生长的影响(Bar=1 cm); (B) SNP对干旱条件下Atmyb77-1缺失突变体侧根数目的影响; (C) SNP对干旱条件下Atmyb77-1缺失突变体侧根长度的影响; (D) SNP对干旱条件下Atmyb77-1缺失突变体AtCYCA2;1表达的影响; (E) SNP对干旱条件下Atmyb77-1缺失突变体AtCDKA;1表达的影响。CK: 对照; WT: 野生型。不同小写字母表示不同株系的不同处理间差异显著(P<0.05)。
Figure 4Effects of NO donor sodium nitroprusside (SNP) on lateral root growth and expression of lateral root development related genes in Arabidopsis Atmyb77-1 mutant under drought condition

(A) The effect of SNP on root growth of Atmyb77-1 mutant under drought stress (Bar=1 cm); (B) The effect of SNP on lateral root number in Atmyb77-1 mutant under drought condition; (C) The effect of SNP on lateral root length in Atmyb77-1 mutant under drought condition; (D) The effect of SNP on relative expression level of AtCYCA2;1 in Atmyb77-1 mutant root under drought condition; (E) The effect of SNP on relative expression level of AtCDKA;1 in Atmyb77-1 mutant root under drought condition. CK: Control; WT: Wild type. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments of different lines at P<0.05.

2.5 NO清除剂和合成抑制剂削弱AtMYB77过表达对干旱胁迫下侧根发育的促进作用

为进一步明确干旱胁迫调控侧根生长过程中NO与AtMYB77的关系, 我们检测了NO清除剂或抑制剂对干旱胁迫下AtMYB77过表达植株侧根数目和长度的影响。结果显示, 外施NO清除剂(c-PTIO)或抑制剂(L-NAME和Na₂WO₄)后, AtMYB77过表达和野生型拟南芥植株侧根数目和长度的增长均受到抑制(图5A-C); 进而利用荧光定量PCR技术检测外施c-PTIO、L-NAME和Na₂WO₄后野生型拟南芥与AtMYB77过表达株系侧根相关基因AtCYCA2;1和AtCDKA;1的表达量变化。结果显示, 干旱胁迫下, 外施NO清除剂和合成抑制剂后, 野生型拟南芥及AtMYB77过表达株系中AtCYCA2;1和AtCDKA;1的表达量显著降低(图5D, E)。上述结果表明, 干旱胁迫下AtMYB77通过促进NO合成调节侧根的生长发育。

图5

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图5NO清除剂(c-PTIO)或合成抑制剂(L-NAME)对干旱条件下AtMYB77过表达株系侧根生长和发育关键基因表达的影响

(A) NO清除剂或合成抑制剂对干旱胁迫下AtMYB77过表达株系根系生长的影响(Bar=1 cm); (B) NO清除剂或合成抑制剂对干旱条件下AtMYB77过表达株系侧根数目的影响; (C) NO清除剂或合成抑制剂对干旱条件下AtMYB77过表达株系侧根长度的影响; (D) NO清除剂或合成抑制剂对干旱条件下AtMYB77过表达株系根部AtCYCA2;1表达量的影响; (E) NO清除剂或合成抑制剂对干旱条件下AtMYB77过表达株系根部AtCDKA;1表达量的影响。CK: 对照; WT: 野生型。不同小写字母表示不同株系的不同处理间差异显著(P<0.05)。
Figure 5Effects of NO scavenger (c-PTIO) or biosynthesis inhibitor (L-NAME) on lateral root growth and expression of lateral root development related genes in AtMYB77 overexpression lines under drought condition

(A) The effects of NO scavenger or biosynthesis inhibitor on root growth of AtMYB77 overexpression lines subjected to drought stress (Bar=1 cm); (B) The effects of NO scavenger or biosynthesis inhibitor on lateral root number of AtMYB77 overexpression lines under drought condition; (C) The effects of NO scavenger or biosynthesis inhibitor on lateral root length of AtMYB77 overexpression lines under drought condition; (D) The effects of NO scavenger or biosynthesis inhibitor on relative expression level of AtCYCA2;1 in AtMYB77 overexpression lines under drought condition; (E) The effects of NO scavenger or biosynthesis inhibitor on relative expression level of AtCDKA;1 in AtMYB77 overexpression lines under drought condition. CK: Control; WT: Wild type. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments of different lines at P<0.05.

2.6 讨论

侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切。已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018)。转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道。本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程。NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5)。上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育。

侧根起源于母根上特定的中柱鞘建成细胞, 中柱鞘建成细胞感受刺激被激活, 重新进行细胞分裂。细胞周期蛋白(cyclins, CYC)及其依赖性激酶(cyclin dependent kinases, CDK)在细胞的分裂与增殖中发挥重要调节作用。Correa-Aragunde等(2006)研究表明, NO影响细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而调控侧根的形成。我们的研究结果也显示, AtMYB77过表达及NO供体或清除剂均能影响细胞周期核心调控因子基因CYCA2;1和CDKA;1的表达量, 表明干旱胁迫下MYB77通过NO影响细胞周期调节基因的表达, 进而调控侧根发育。Atmyb77-1缺失突变体中响应干旱诱导CYCA2;1和CDKA;1表达上调的作用减弱, 但其表达量与野生型差异不显著; AtMYB77缺失或过表达显著影响干旱条件下侧根的生长, 但对正常条件下侧根生长的作用不显著。推测这些现象可能是由于AtMYB- 77与其它同源基因存在功能冗余或存在蛋白水平的调节等有关。例如, ABA受体PLY8可与MYB77直接作用促进侧根的发育, PLY8与MYB44和MYB73存在类似相互作用, 因此MYB44和MYB73可能部分弥补了MYB77的作用(Zhao et al., 2014)。Lee等(2009)在研究甜椒(Capsicum annuum cv. ‘Pukang’) Rma1H1在干旱胁迫响应中的作用时发现类似现象, Rma1H1提高了转基因拟南芥的抗旱性, 但是过表达株系中Rma1H1的转录水平与植株的存活率不完全一致, 推测可能与存在蛋白水平的调控有关。

NO供体和清除剂不能完全抵消AtMYB77缺失或过表达对侧根发育的影响, 推测MYB77除了通过NO调节侧根发育外还可能存在其它途径。生长素是调节侧根发育的主要植物激素。Shin等(2007)研究表明, MYB77可与生长素响应因子ARF7直接结合。Zhao等(2014)和Xing等(2016)研究发现, 生长素响应基因IAA19等的启动子区域的生长素响应元件AuxREs与MYB转录因子结合元件紧密相邻, 推测MYB77与ARF协同作用促进IAA19等生长素响应基因的表达, 进而促进侧根的发生。ABA是主要的水分胁迫信号, 参与侧根发育的调控, ABA受体PLY8和PLY9能与MYB77互作, 增强MYB77与IAA19等生长素响应基因启动子的结合, 促进其表达, 进而促进侧根生长。干旱胁迫下, MYB77除了通过NO影响细胞周期, 促进侧根发育, 是否还与生长素信号途径有关联? 干旱胁迫下MYB77对生长素信号途径的影响是ABA依赖还是非ABA依赖过程(图6)? 这些问题的探究将有利于进一步完善干旱胁迫下侧根发育的调控机制。

图6

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图6AtMYB77参与干旱胁迫下拟南芥侧根发育的工作模型

实线部分为本文结果, 虚线部分为根据已有报道及推测可能存在的作用。ABA: 脱落酸; NR: 硝酸还原酶; NOS: 一氧化氮合酶
Figure 6Working model of AtMYB77 function in regulating lateral roots development under drought stress in Arabidopsis

The solid lines indicate the results of this study, and the dotted lines indicate the possible roles based on reports and speculation. ABA: Abscisic acid; NR; Nitrate reductase; NOS: Nitric oxide synthase

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Nitric oxide (NO) is a bioactive molecule involved in diverse physiological functions in plants. It has previously been reported that the NO donor sodium nitroprusside (SNP) applied to germinated tomato seeds was able to induce lateral root (LR) formation in the same way that auxin treatment does. In this paper, it is shown that NO modulates the expression of cell cycle regulatory genes in tomato pericycle cells and leads, in turn, to induced LR formation. The addition of the NO scavenger CPTIO at different time points during auxin-mediated LR development indicates that NO is required for LR primordia formation and not for LR emergence. The SNP-mediated LR promotion could be prevented by the cell cycle inhibitor olomoucine, suggesting that NO is involved in cell cycle regulation. A system was developed in which the formation of LRs was synchronized. It was based on the control of NO availability in roots by treatment with the NO scavenger CPTIO. The expression of the cell cycle regulatory genes encoding CYCA2;1, CYCA3;1, CYCD3;1, CDKA1, and the Kip-Related Protein KRP2 was studied using RT-PCR analysis in roots with synchronized and non-synchronized LR formation. NO mediates the induction of the CYCD3;1 gene and the repression of the CDK inhibitor KRP2 gene at the beginning of LR primordia formation. In addition, auxin-dependent cell cycle gene regulation was dependent on NO.

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Nitric oxide (NO) is a bioactive molecule that functions in numerous physiological processes in plants, most of them involving cross-talk with traditional phytohormones. Auxin is the main hormone that regulates root system architecture. In this communication we report that NO promotes lateral root (LR) development, an auxin-dependent process. Application of the NO donor sodium nitroprusside (SNP) to tomato ( Lycopersicon esculentum Mill.) seedlings induced LR emergence and elongation in a dose-dependent manner, while primary root (PR) growth was diminished. The effect is specific for NO since the NO scavenger 2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide (CPTIO) blocked the action of SNP. Depletion of endogenous NO with CPTIO resulted in the complete abolition of LR emergence and a 40% increase in PR length, confirming a physiological role for NO in the regulation of root system growth and development. Detection of endogenous NO by the specific probe 4,5-diaminofluorescein diacetate (DAF-2 DA) revealed that the NO signal was specifically located in LR primordia during all stages of their development. In another set of experiments, SNP was able to promote LR development in auxin-depleted seedlings treated with the auxin transport inhibitor N-1-naphthylphthalamic acid (NPA). Moreover, it was found that LR formation induced by the synthetic auxin 1-naphthylacetic acid (NAA) was prevented by CPTIO in a dose-dependent manner. All together, these results suggest a novel role for NO in the regulation of LR development, probably operating in the auxin signaling transduction pathway.

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Throughout their lifetimes, plants must coordinate the regulation of various facets of growth and development. Previous evidence has suggested that the Arabidopsis thaliana R2R3-MYB, AtMYB61, might function as a coordinate regulator of multiple aspects of plant resource allocation. Using a combination of cell biology, transcriptome analysis and biochemistry, in conjunction with gain-of-function and loss-of-function genetics, the role of AtMYB61 in conditioning resource allocation throughout the plant life cycle was explored. In keeping with its role as a regulator of resource allocation, AtMYB61 is expressed in sink tissues, notably xylem, roots and developing seeds. Loss of AtMYB61 function decreases xylem formation, induces qualitative changes in xylem cell structure and decreases lateral root formation; in contrast, gain of AtMYB61 function has the opposite effect on these traits. AtMYB61 coordinates a small network of downstream target genes, which contain a motif in their upstream regulatory regions that is bound by AtMYB61, and AtMYB61 activates transcription from this same motif. Loss-of-function analysis supports the hypothesis that AtMYB61 targets play roles in shaping subsets of AtMYB61-related phenotypes. Taken together, these findings suggest that AtMYB61 links the transcriptional control of multiple aspects of plant resource allocation.© 2012 The Authors. New Phytologist © 2012 New Phytologist Trust.

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Gene expression analysis by quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR) allows accurate quantifications of messenger RNA (mRNA) levels over different samples. Corrective methods for different steps in the qRT-PCR reaction have been reported; however, statistical analysis and presentation of substantially variable biological repeats present problems and are often not meaningful, for example, in a biological system such as mouse embryonic stem cell differentiation. Based on a series of sequential corrections, including log transformation, mean centering, and autoscaling, we describe a robust and powerful standardization method that can be used on highly variable data sets to draw statistically reliable conclusions.

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Abscisic acid is a phytohormone regulating plant growth, development and stress responses. PYR1/PYL/RCAR proteins are ABA receptors that function by inhibiting PP2Cs to activate SnRK2s, resulting in phosphorylation of ABFs and other effectors of ABA response pathways. Exogenous ABA induces growth quiescence of lateral roots, which is prolonged by knockout of the ABA receptor PYL8. Among the 14 members of PYR1/PYL/RCAR protein family, PYL9 is a close relative of PYL8. Here we show that knockout of both PYL9 and PYL8 resulted in a longer ABA-induced quiescence on lateral root growth and a reduced sensitivity to ABA on primary root growth and lateral root formation compared to knockout of PYL8 alone. Induced overexpression of PYL9 promoted the lateral root elongation in the presence of ABA. The prolonged quiescent phase of the pyl8-1pyl9 double mutant was reversed by exogenous IAA. PYL9 may regulate auxin-responsive genes in vivo through direct interaction with MYB77 and MYB44. Thus, PYL9 and PYL8 are both responsible for recovery of lateral root from ABA inhibition via MYB transcription factors.

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AtWRKY40参与拟南芥干旱胁迫响应过程
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2018

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

NO可能作为Ca²⁺的下游信号介导乙烯诱导的蚕豆气孔关闭
2
2009

... 参考刘国华等(2009)的方法并稍作修改.在20 μmol·L^-1 HEPES-NaOH buffer (pH7.4)中加入5 μmol·L^-1 DAF-FM DA, 使其终浓度为1 μmol·L^-1.将1周龄生长状态良好的幼苗根放入溶液中, 黑暗孵育20分钟后, 用缓冲液冲洗3次, 以确保染料完全清洗干净.最后将根放置于载玻片上, 盖好盖玻片, 用488 nm蓝色光激发, 发射波长为515 nm, 经激光共聚焦扫描显微镜(LEICA TCS SP5 II)扫描. ...

... NR活性测定参照刘国华等(2009)的方法. ...

植物一氧化氮信号分子的研究进展
1
2017

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

植物次生细胞壁生物合成的转录调控网络
1
2020

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

An apple MYB transcription factor regulates cold tolerance and anthocyanin accumulation and undergoes MIEL1-mediated degradation
1
2020

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

Interactive effect of drought and cadmium stress on soybean root morphology and gene expression
1
2019

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

Nitric oxide synthase-mediated early nitric oxide burst alleviates water stress-induced oxidative damage in ammonium-supplied rice roots
1
2019

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

Root system response in Argania spinosa plants under drought stress and recovery
1
2018

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

Nitric oxide modulates the expression of cell cycle regulatory genes during lateral root formation in tomato
4
2006

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

... NO是植物体内广泛存在的气体信号分子, 能够诱导细胞周期调控基因的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2006).我们利用激光共聚焦显微技术和定量测定方法研究了干旱胁迫下拟南芥及AtMYB77缺失或过表达株系根部NO含量的变化.结果表明, 正常条件下, AtMYB77过表达植株和野生型植株根中NO含量显著高于缺失突变体(P< 0.05); 干旱条件下, 野生型拟南芥和过表达株系根中NO含量显著增加(P<0.05), 过表达植株中增加幅度大于野生型, 缺失突变体Atmyb77-1根中NO含量无显著变化(图3A, B).表明AtMYB77可调控NO的合成, 参与干旱胁迫的应答过程. ...

... 侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切.已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

... 侧根起源于母根上特定的中柱鞘建成细胞, 中柱鞘建成细胞感受刺激被激活, 重新进行细胞分裂.细胞周期蛋白(cyclins, CYC)及其依赖性激酶(cyclin dependent kinases, CDK)在细胞的分裂与增殖中发挥重要调节作用.Correa-Aragunde等(2006)研究表明, NO影响细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而调控侧根的形成.我们的研究结果也显示, AtMYB77过表达及NO供体或清除剂均能影响细胞周期核心调控因子基因CYCA2;1和CDKA;1的表达量, 表明干旱胁迫下MYB77通过NO影响细胞周期调节基因的表达, 进而调控侧根发育.Atmyb77-1缺失突变体中响应干旱诱导CYCA2;1和CDKA;1表达上调的作用减弱, 但其表达量与野生型差异不显著; AtMYB77缺失或过表达显著影响干旱条件下侧根的生长, 但对正常条件下侧根生长的作用不显著.推测这些现象可能是由于AtMYB- 77与其它同源基因存在功能冗余或存在蛋白水平的调节等有关.例如, ABA受体PLY8可与MYB77直接作用促进侧根的发育, PLY8与MYB44和MYB73存在类似相互作用, 因此MYB44和MYB73可能部分弥补了MYB77的作用(Zhao et al., 2014).Lee等(2009)在研究甜椒(Capsicum annuum cv. ‘Pukang’) Rma1H1在干旱胁迫响应中的作用时发现类似现象, Rma1H1提高了转基因拟南芥的抗旱性, 但是过表达株系中Rma1H1的转录水平与植株的存活率不完全一致, 推测可能与存在蛋白水平的调控有关. ...

Nitric oxide plays a central role in determining lateral root development in tomato
2
2004

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

... 侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切.已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

Poplar PtabZIP1-like enhances lateral root formation and biomass growth under drought stress
1
2017

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

A salt-stress-regulator from the poplar R2R3 MYB family integrates the regulation of lateral root emergence and ABA signaling to mediate salt stress tolerance in Arabidopsis
1
2017

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

Auxin-mediated lateral root formation in higher plants
1
2007

... 侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切.已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

AtMYB93 is a novel negative regulator of lateral root development in Arabidopsis
1
2014

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

Maintenance of phosphate homeostasis and root development are coordinately regulated by MYB1, an R2R3-type MYB transcription factor in rice
2
2017

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

... ; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

TaWRKY51 promotes lateral root formation through negative regulation of ethylene biosynthesis in wheat (Triticum aes-tivum L.)
1
2018

... 侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切.已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

Drought stress-induced Rma1H1, a RING membrane- anchor E3 ubiquitin ligase homolog, regulates aquaporin levels via ubiquitination in transgenic Arabidopsis plants
1
2009

... 侧根起源于母根上特定的中柱鞘建成细胞, 中柱鞘建成细胞感受刺激被激活, 重新进行细胞分裂.细胞周期蛋白(cyclins, CYC)及其依赖性激酶(cyclin dependent kinases, CDK)在细胞的分裂与增殖中发挥重要调节作用.Correa-Aragunde等(2006)研究表明, NO影响细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而调控侧根的形成.我们的研究结果也显示, AtMYB77过表达及NO供体或清除剂均能影响细胞周期核心调控因子基因CYCA2;1和CDKA;1的表达量, 表明干旱胁迫下MYB77通过NO影响细胞周期调节基因的表达, 进而调控侧根发育.Atmyb77-1缺失突变体中响应干旱诱导CYCA2;1和CDKA;1表达上调的作用减弱, 但其表达量与野生型差异不显著; AtMYB77缺失或过表达显著影响干旱条件下侧根的生长, 但对正常条件下侧根生长的作用不显著.推测这些现象可能是由于AtMYB- 77与其它同源基因存在功能冗余或存在蛋白水平的调节等有关.例如, ABA受体PLY8可与MYB77直接作用促进侧根的发育, PLY8与MYB44和MYB73存在类似相互作用, 因此MYB44和MYB73可能部分弥补了MYB77的作用(Zhao et al., 2014).Lee等(2009)在研究甜椒(Capsicum annuum cv. ‘Pukang’) Rma1H1在干旱胁迫响应中的作用时发现类似现象, Rma1H1提高了转基因拟南芥的抗旱性, 但是过表达株系中Rma1H1的转录水平与植株的存活率不完全一致, 推测可能与存在蛋白水平的调控有关. ...

The AP2/ERF transcription factor CmERF053 of chrysanthemum positively regulates shoot branching, lateral root, and drought tolerance
1
2018

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

AtMYB61, an R2R3-MYB transcription factor, functions as a pleiotropic regulator via a small gene network
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2012

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

Nitric oxide and abscisic acid protects against PEG-induced drought stress differentially in Brassica genotypes by combining the role of stress modulators, markers and antioxidants
1
2019

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

NO to drought-multifunctional role of nitric oxide in plant drought: do we have all the answers?
1
2015

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

Auxin homeostasis during lateral root development under drought condition
1
2009

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

The Arabidopsis transcription factor MYB77 modulates auxin signal transduction
1
2007

... NO供体和清除剂不能完全抵消AtMYB77缺失或过表达对侧根发育的影响, 推测MYB77除了通过NO调节侧根发育外还可能存在其它途径.生长素是调节侧根发育的主要植物激素.Shin等(2007)研究表明, MYB77可与生长素响应因子ARF7直接结合.Zhao等(2014)和Xing等(2016)研究发现, 生长素响应基因IAA19等的启动子区域的生长素响应元件AuxREs与MYB转录因子结合元件紧密相邻, 推测MYB77与ARF协同作用促进IAA19等生长素响应基因的表达, 进而促进侧根的发生.ABA是主要的水分胁迫信号, 参与侧根发育的调控, ABA受体PLY8和PLY9能与MYB77互作, 增强MYB77与IAA19等生长素响应基因启动子的结合, 促进其表达, 进而促进侧根生长.干旱胁迫下, MYB77除了通过NO影响细胞周期, 促进侧根发育, 是否还与生长素信号途径有关联? 干旱胁迫下MYB77对生长素信号途径的影响是ABA依赖还是非ABA依赖过程(图6)? 这些问题的探究将有利于进一步完善干旱胁迫下侧根发育的调控机制. ...

Nitric oxide negatively regulates abscisic acid signaling in guard cells by S-nitrosylation of OST1
1
2015

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

Standardization of realtime PCR gene expression data from independent biological replicates
1
2008

... 利用实时荧光定量PCR技术检测基因的表达量.用CTAB法提取总RNA, 在NCBI数据库中检索基因序列, 用primer blast设计引物, 所用引物见表1.以PrimeScript RT Reagent Kit with gDNA Eraser (Takara Bio)反转录获得的cDNA为模板.实时荧光定量PCR程序为: 94°C5分钟; 94°C30秒, 57°C30秒, 72°C30秒, 30个循环; 每个样品重复3次.以Actin为内参基因, 用2^-ΔΔCT方法(Willems et al., 2008)计算基因的相对表达量. ...

Roles of NIA/NR/NOA1-dependent nitric oxide production and HY1 expression in the modulation of Arabidopsis salt tolerance
1
2013

... 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内广泛存在的气体信号分子(张玲玲等, 2017).植物体内NO的合成途径包括酶促和非酶促途径, 其中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是合成NO的关键酶.拟南芥中, NR由AtNia1和AtNia2两个基因编码, 目前已鉴定的拟南芥NOS基因为AtNOA1 (Xie et al., 2013).有研究表明, NO参与介导植物体内水分胁迫的信号转导过程, 通过影响渗透调节物质的积累、抗氧化酶活性和气孔运动等增强植物的抗旱性(Santisree et al., 2015; Wang et al., 2015; Cao et al., 2019; Sahay et al., 2019).NO亦参与调控植物侧根发育过程, 其能够诱导细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而促进侧根的形成(Correa-Aragunde et al., 2004, 2006).NO是否参与干旱胁迫下侧根的发育? NO与MYB77之间是否存在互作? 作用机制是什么? 目前尚未见报道.本研究以AtMYB77缺失突变体及过表达株系为实验材料, 研究MYB77与NO在干旱胁迫下侧根发育中的互作及机制, 可为深入解析干旱诱导侧根发育的信号转导机理奠定基础. ...

The ABA receptor PYL9 together with PYL8 plays an important role in regulating lateral root growth
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2016

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

... AtMYB77受干旱胁迫诱导(图1), MYB77在侧根发育过程中起重要作用(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控? 我们检测了干旱胁迫对AtMYB77缺失突变体及过表达株系侧根数目及长度的影响.结果显示, 正常条件下AtMYB77缺失或过表达对侧根生长无显著影响; 干旱诱导拟南芥侧根数目增加, 且AtMYB77过表达植株侧根数目以及长度均显著高于野生型拟南芥(P<0.05), 缺失突变体Atmyb77-1则显著低于野生型(P<0.05) (图2A-C), 表明AtMYB77参与干旱胁迫下侧根发生的调控. ...

... 侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切.已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

... ; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

... NO供体和清除剂不能完全抵消AtMYB77缺失或过表达对侧根发育的影响, 推测MYB77除了通过NO调节侧根发育外还可能存在其它途径.生长素是调节侧根发育的主要植物激素.Shin等(2007)研究表明, MYB77可与生长素响应因子ARF7直接结合.Zhao等(2014)和Xing等(2016)研究发现, 生长素响应基因IAA19等的启动子区域的生长素响应元件AuxREs与MYB转录因子结合元件紧密相邻, 推测MYB77与ARF协同作用促进IAA19等生长素响应基因的表达, 进而促进侧根的发生.ABA是主要的水分胁迫信号, 参与侧根发育的调控, ABA受体PLY8和PLY9能与MYB77互作, 增强MYB77与IAA19等生长素响应基因启动子的结合, 促进其表达, 进而促进侧根生长.干旱胁迫下, MYB77除了通过NO影响细胞周期, 促进侧根发育, 是否还与生长素信号途径有关联? 干旱胁迫下MYB77对生长素信号途径的影响是ABA依赖还是非ABA依赖过程(图6)? 这些问题的探究将有利于进一步完善干旱胁迫下侧根发育的调控机制. ...

The ABA receptor PYL8 promotes lateral root growth by enhancing MYB77- dependent transcription of auxin-responsive gene
6
2014

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

... AtMYB77受干旱胁迫诱导(图1), MYB77在侧根发育过程中起重要作用(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控? 我们检测了干旱胁迫对AtMYB77缺失突变体及过表达株系侧根数目及长度的影响.结果显示, 正常条件下AtMYB77缺失或过表达对侧根生长无显著影响; 干旱诱导拟南芥侧根数目增加, 且AtMYB77过表达植株侧根数目以及长度均显著高于野生型拟南芥(P<0.05), 缺失突变体Atmyb77-1则显著低于野生型(P<0.05) (图2A-C), 表明AtMYB77参与干旱胁迫下侧根发生的调控. ...

... 侧根是植物根系的主要组成部分, 侧根的发育状况与植物的抗旱性关系密切.已有研究表明, 生长素是调控侧根发育的主要植物激素, 参与调控侧根形成过程的每个阶段(Fukaki et al., 2007); ABA、NO、乙烯和赤霉素等均参与侧根发育的调控(Correa-Aragunde et al., 2006; Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016; Hu et al., 2018).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

... ).转录因子MYB77参与生长素和ABA介导的侧根发育过程(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016); NO通过IAA依赖途径参与调控番茄(Lycopersicon esculentum)的侧根发生(Correa-Aragunde et al., 2004), 但MYB77和NO在根系响应干旱胁迫中的作用及机制尚未见报道.本研究利用拟南芥AtMYB77缺失和过表达株系为实验材料的研究表明, AtMYB77受干旱诱导, AtMYB77缺失和过表达株系分别表现出侧根发育受到抑制和促进的表型(图2A-C), 证明AtMYB77介导了干旱调控的侧根发育过程.NOS和NR是植物体内催化NO合成的主要酶, 干旱诱导拟南芥NO的含量升高, NR和NOS活性及基因表达量上调(图3A-E); NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂Na₂WO₄能减弱干旱对AtMYB77过表达对侧根发育的促进作用, 而NO供体SNP能缓解AtMYB77缺失对侧根发育的抑制作用(图4, 图5).上述结果表明, 在植物响应干旱的信号转导过程中, NO位于MYB77的下游, MYB77通过NOS和NR途径促进NO合成进而调控干旱诱导的侧根发育. ...

... 侧根起源于母根上特定的中柱鞘建成细胞, 中柱鞘建成细胞感受刺激被激活, 重新进行细胞分裂.细胞周期蛋白(cyclins, CYC)及其依赖性激酶(cyclin dependent kinases, CDK)在细胞的分裂与增殖中发挥重要调节作用.Correa-Aragunde等(2006)研究表明, NO影响细胞周期调控基因CYCA2;1、CYCA3;1、CYCD3;1、CDKA1和KRP2等的表达, 进而调控侧根的形成.我们的研究结果也显示, AtMYB77过表达及NO供体或清除剂均能影响细胞周期核心调控因子基因CYCA2;1和CDKA;1的表达量, 表明干旱胁迫下MYB77通过NO影响细胞周期调节基因的表达, 进而调控侧根发育.Atmyb77-1缺失突变体中响应干旱诱导CYCA2;1和CDKA;1表达上调的作用减弱, 但其表达量与野生型差异不显著; AtMYB77缺失或过表达显著影响干旱条件下侧根的生长, 但对正常条件下侧根生长的作用不显著.推测这些现象可能是由于AtMYB- 77与其它同源基因存在功能冗余或存在蛋白水平的调节等有关.例如, ABA受体PLY8可与MYB77直接作用促进侧根的发育, PLY8与MYB44和MYB73存在类似相互作用, 因此MYB44和MYB73可能部分弥补了MYB77的作用(Zhao et al., 2014).Lee等(2009)在研究甜椒(Capsicum annuum cv. ‘Pukang’) Rma1H1在干旱胁迫响应中的作用时发现类似现象, Rma1H1提高了转基因拟南芥的抗旱性, 但是过表达株系中Rma1H1的转录水平与植株的存活率不完全一致, 推测可能与存在蛋白水平的调控有关. ...

... NO供体和清除剂不能完全抵消AtMYB77缺失或过表达对侧根发育的影响, 推测MYB77除了通过NO调节侧根发育外还可能存在其它途径.生长素是调节侧根发育的主要植物激素.Shin等(2007)研究表明, MYB77可与生长素响应因子ARF7直接结合.Zhao等(2014)和Xing等(2016)研究发现, 生长素响应基因IAA19等的启动子区域的生长素响应元件AuxREs与MYB转录因子结合元件紧密相邻, 推测MYB77与ARF协同作用促进IAA19等生长素响应基因的表达, 进而促进侧根的发生.ABA是主要的水分胁迫信号, 参与侧根发育的调控, ABA受体PLY8和PLY9能与MYB77互作, 增强MYB77与IAA19等生长素响应基因启动子的结合, 促进其表达, 进而促进侧根生长.干旱胁迫下, MYB77除了通过NO影响细胞周期, 促进侧根发育, 是否还与生长素信号途径有关联? 干旱胁迫下MYB77对生长素信号途径的影响是ABA依赖还是非ABA依赖过程(图6)? 这些问题的探究将有利于进一步完善干旱胁迫下侧根发育的调控机制. ...

Drought- induced changes in root biomass largely result from altered root morphological traits: evidence from a synthesis of global field trials
1
2018

... 干旱是世界范围内严重威胁农业生产的主要非生物胁迫, 全球约一半以上的农作物产量损失由干旱引起.根是植物吸收水分的主要器官, 干旱胁迫下, 维持根系的正常生长发育和功能对植物体水分代谢平衡至关重要(Chakhchar et al., 2018; Zhou et al., 2018; Bashir et al., 2019).侧根是植物根系的主要组成部分, 其发育受内部信号及土壤水分和养分状况等环境信号的调控.多种内外因素通过内源激素信号介导的转录调控影响侧根发育相关基因的表达, 进而调控侧根发育.研究表明, MYB、AP2/ERF和bZIP等转录因子家族的许多成员参与侧根发育相关基因表达的调控(Dash et al., 2017; Gu et al., 2017; Nie et al., 2018).其中, MYB是植物特有的转录因子家族, 广泛参与植物生长发育和逆境适应等过程的调节(车永梅等, 2018; An et al., 2020; 张雨等, 2020).该家族的多个成员与侧根发育的调控相关, 但作用各不相同.例如, 拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB61缺失后表现出侧根形成受阻; 水稻(Oryza sativa) R2R3-类型MYB转录因子OsMYB1缺失抑制赤霉素诱导的侧根生长, 是侧根发育的正调节因子(Romano et al., 2012; Gu et al., 2017); AtMYB96和AtMYB93则在侧根发育过程中起负调控作用, 其缺失后促进拟南芥的侧根发育, 使侧根密度增大(Seo and Park, 2009; Gibbs et al., 2014); 毛果杨(Populus trichocarpa) R2R3类MYB转录因子PtrSSR1基因受盐胁迫诱导, 参与盐胁迫下侧根发生过程的调节(Fang et al., 2017).有研究表明, MYB77在脱落酸(abscisic acid, ABA)介导的侧根发育过程中起重要作用, 在ABA作用后期的侧根恢复生长阶段, ABA受体PLY8和PLY9与MYB77结合, 诱导多个生长素响应基因的表达, 进而促进拟南芥侧根的生长(Zhao et al., 2014; Xing et al., 2016).ABA是重要的水分胁迫信号, MYB77是否参与干旱胁迫下侧根发育的调控及其作用机理目前尚未见报道. ...

AtMYB77 involves in lateral root development via regulating nitric oxide biosynthesis under drought stress in Arabidopsis thaliana
0
2021