文 | 清墨史纪
编辑 | 清墨史纪
<<——【·前言·】——>>
植物激素调节植物生长发育的无数方面。生长素是植物生长激素，可引起植物细胞壁伸展性的快速增加，改变质膜处的离子通量，并引起基因表达的特异性变化。
吲哚-3-乙酸是一种经典的植物生长素，可调节胚胎发生、热带生长、叶片形成、茎生长、果实发育和根系形成。
一、生长素在植物生长发育中的重要性
拟南芥的突变分析揭示了生长素在植物生长发育中的重要性。异常侧根形成1、超根1和ROOTY突变体积累增加的内源生长素水平，导致根数增加。
这些观察结果与先前研究的结果一致，这些研究确定生长素促进侧根发育。在拟南芥中，根突变被证明对超根1和乙烯反应突变体无钩3都是等位基因。
rty编码氨基转移酶或C-S裂解酶，催化IAA生物合成，可能影响生长素转运并增加游离IAA和偶联IAA的水平。
rty的基因表达可以阐明其对生长素浓度的直接或间接调控，并阐明该位点对植物生长发育的影响，包括不定根和侧根的形成，以及枝条的受控扩展。
二、ABA在植物对干旱胁迫的反应
rty编码的氨基转移酶也对脱落酸有反应，由于生长素和ABA生物合成和代谢途径之间的串扰，脱落酸的水平升高。
ABA和IAA在根中作为生长、发育和嗜性的调节剂在根中功能性相互作用，ABA是一种典型的胁迫相关植物激素，可提高对非生物胁迫的耐受性。
干旱胁迫是农业中最具破坏性的非生物胁迫之一。由于降雨量多变，植物经常经历季节性水分胁迫。
ABA是植物干旱胁迫响应的重要调节因子，因为它对保卫细胞发育、气孔闭合以及与耐旱性相关的特定基因的表达有影响。
植物对干旱的生理反应直接影响缺水条件下的生长、生产力和存活。尽管生长素和ABA在植物对干旱胁迫的反应中很重要。
但人们对rty编码的氨基转移酶如何影响ABA积累，提高耐旱性或ABA积累的变化如何促进环境适应知之甚少。
三、ABA对植物生长发育的调节
草莓是一种美味而受欢迎的水果作物，是世界上各种矿物质和维生素的重要来源。草莓基因组携带八组染色体，这些染色体来自四个二倍体祖先。
由于这种杂交亚种的果实质量优越，它迅速分布在广泛的周围。栽培草莓已发展成为全球最重要的水果作物之一，年总产量超过8万吨。
由于其纤维和浅根系，草莓植物对干旱胁迫特别敏感。在干旱易发地区种植草莓具有挑战性。
本研究分析了rty对草莓不定根发育的影响。我们的数据揭示了与ABA和干旱响应相关的rty的新功能，表明该基因的作用超出了植物生长发育的调节范围。
rty的异源表达通过ABA介导的草莓气孔闭合调节增强了植物对干旱胁迫的耐受性。研究结果对干旱易发区草莓种植具有潜在意义。
四、rty的异源表达对转基因草莓植株的耐旱性
异源表达rty的转基因草莓植株表现出很强的生长潜力，并产生更多的根和叶毛状体，但分蘖较少，比对照植物。
IAA浓度的测量表明，rty的异源表达显着增加了转基因草莓植株的IAA水平。转基因草莓植物的高IAA含量导致根系发育提前，根系数量增加。
这些显性效应与拟南芥中rty的一般功能一致。此外，rty表达似乎对于调节拟南芥中的IAA浓度至关重要。隐性 rty 突变也会产生高内源性IAA浓度。
rty表达最极端的表型效应是不定根、侧根的增殖和对枝条发育的限制。这些表型最有可能是由生长素浓度升高引起的。
因此，rty在调节内源性生长素浓度以促进正常生长发育方面起着关键作用，在目前的研究中，我们揭示了迄今为止未知的rty与耐旱性相关的功能。
揭示了这种突变基因的异源表达增加了ABA浓度以响应干旱胁迫。因此，rty有助于调节植物生长发育以及对非生物胁迫条件的响应。
rty的异源表达显著增加了转基因植株的ABA含量，与未转化的对照相比，转基因植物的失水率较低，电解质泄漏较少，水分利用效率更高。
观察到的ABA在转基因植株中响应干旱处理的积累表明，转基因植株耐旱性的增加是由ABA依赖性途径介导的。
以前的报告表明，ABA对于气孔闭合很重要，它限制了水分流失并增强了耐旱性，由于ABA有助于调节气孔闭合。
我们推测rty表达在暴露于干旱胁迫的植物中保持较窄的气孔孔径，从而减少蒸腾作用造成的水分损失。
我们确定rty在草莓中的异源表达可能会增加转基因植物对ABA的敏感性，并提高其对干旱胁迫的耐受性。
五、rty表达对干旱胁迫的反应
植物干旱响应涉及由多种分子和细胞途径调节的复杂过程。一些基因的表达水平因暴露于非生物胁迫而上调或下调，这些基因的异源表达可以增加转基因植物对干旱或盐胁迫的耐受性。
与此一致，我们的结果表明，rty的异源表达对草莓干旱响应具有关键影响。具体而言，rty的异源表达增加了转基因草莓植株对干旱胁迫的耐受性。
此外，与对照植物相比，转基因植物产生更多的叶毛，闭合气孔百分比更高，气孔孔径更小。
当植物受到干旱胁迫时，一些生理因素可能会被迅速激活，以使这些植物能够在极端环境条件下生存。
因此，与干旱引起的植物渗透胁迫有关的生理指标可能是快速准确地评估植物对非生物胁迫的抵抗力的有用措施。
反映细胞膜损伤程度的电解质泄漏在对照植物的叶片中高于转基因植物的叶子，rty的异源表达可能增强植物细胞膜对干旱胁迫的完整性。
POD和CAT是重要的抗氧化酶，可保护植物免受非生物胁迫损害。在这项研究中，我们确定CAT和POD在转基因植物中比在对照植物中更活跃。
这一信息可能有助于阐明转基因植物耐旱性增加的机制，在拟南芥中，许多正负调节因子已被鉴定并表征为ABA生物合成和干旱信号传导的关键组成部分。
生物胁迫上调几种ABA生物合成基因的表达，在水分胁迫诱导的ABA积累之前，叶和根中菜豆CED1转录本和蛋白质水平显着增加。
在拟南芥中，在参与ABA生物合成的3个NCED基因中，只有AtNCED42的表达是由脱水强烈诱导的，尽管据报道其他NCED基因的表达也略有增加。
AtNCED42在转基因拟南芥植株中的过表达增加了ABA含量和干燥耐受性。同样，在目前的研究中，一些ABA生物合成和非生物胁迫响应基因。
包括RD2A，DREB3A，NCED1，ABI8，ABA9，PYL2和PP67C，在干旱条件下在转基因植株中的表达比在对照植株中的表达更高。
这些结果表明，转基因植物对干旱胁迫的耐受性增加可能受到这些基因响应干旱条件的上调表达的影响。
进一步的研究将集中在rty如何与这些ABA生物合成途径以及植物对干旱胁迫响应期间胁迫诱导的信号转导相互作用。
除了为未来耐旱性研究提供基础外，本文介绍的结果还可用于开发具有更好耐旱性的转基因草莓品种。
六、异源表达rty的转基因植物增加了ABA诱导的气孔闭合
先前的研究表明，ABA是气孔闭合的重要诱导剂，可防止水分流失，从而有助于耐旱性。因此，我们比较了ABA处理后转基因和对照植物的气孔孔径大小。
扫描电子显微镜显示，转基因植株的闭合气孔百分比几乎是对照植株的两倍，对照植株和转基因植株的平均气孔数差异无统计学意义。
因此，与对照植物相比，观察到转基因植物的失水率降低和水分利用效率提高可能不是由于气孔数量的差异，而是由于气孔闭合的变异性。
为了评估ABA在转基因植物中诱导气孔闭合是否不同，我们比较了外源性ABA添加与模拟的效果。
转基因植物气孔的平均宽度显著小于对照植物的未处理、模拟处理或20μMABA处理植物的平均宽度。
然而，对于接受20μMABA处理的植物，气孔的宽度减小得更严重。因此，异源表达rty的转基因植株表现出ABA诱导的气孔闭合增加。
毛状体会影响叶片表面的光学特性，可以通过降低蒸腾速率来保护植物免受胁迫损害并减少水分损失。
在目前的研究中，我们发现转基因植物叶片远轴侧表皮毛状体的密度和数量高于对照植物。
转基因叶和对照叶每单位面积的远轴表面平均分别为每单位面积50和30个表皮毛状体。转基因叶片上表皮毛状体的丰度较大，可能通过减少水分流失和降低蒸腾速率。
有助于提高耐旱性。这些结果表明，耐旱性的增加是由于表皮毛状体数量增加和内源性ABA浓度增加，导致气孔变小。
七、胁迫诱导基因和ABA生物合成基因的表达
在干旱条件下，ABA浓度在中午时分增加到特定阈值，诱导离子外排并抑制保卫细胞对糖的摄取，之后气孔在一天的剩余时间内减小。
为了阐明ABA在胁迫反应中的作用，我们比较了干旱处理后两个月龄的对照和转基因植物的ABA含量。
对照组ABA浓度为334.0ngg- 1第0天，1017.2ngg- 1在第4天，和2635.3ngg- 1在第8天，但在转基因植物中分别为939.3，1083.7和3471.3ngg- 1分别。
对照和转基因植株在开始干旱处理后8d的ABA浓度均显著升高，但转基因植株的ABA浓度高出1.3倍。
为了确定对照和转基因植物之间ABA含量差异的分子机制，我们检查了参与ABA生物合成，分解代谢，运输和信号传导的基因的表达，以及干旱响应基因。
包括以下内容：NCED3，ABI1 ，RD29A ，DREB2A和PP2C，缺水应激通过NCED3的上调表达促进ABA生物合成。
RT-qPCR分析表明，在开始干旱处理后3d，NCED8转录物水平显著升高，在转基因植株中增加更为明显，表明该基因表达活跃。
ABA诱导标记基因、ABA生物合成基因、气孔闭合响应基因和MYB44在干旱处理期间在转基因植株中的表达水平高于对照植株。
高PP2C和MYB44转录本水平可能诱发气孔闭合，rty在草莓植株中的异源表达大大增加了ABA积累。
胁迫诱导基因和ABA生物合成基因的表达可能通过ABA依赖性途径触发气孔闭合，这可能有助于观察到转基因植物的耐旱性。
八、结论
草莓是全球重要的水果作物。它对干旱胁迫特别敏感，因为它们的纤维和浅根系。拟南芥ROOTY的突变rty导致内源生长素水平增加，根部增加，枝条生长。
目前尚不清楚rty基因是否提高了草莓的抗逆性。本研究从拟南芥中分离出rty基因，置于携带新霉素磷酸转移酶II，可选标志物的pBI35-rty。
二元载体中的花椰菜花叶病毒，121S启动子的控制下。 转基因草莓植株通过PCR和蛋白质印迹分析得到证实。
转基因草莓植株诱导IAA积累，增加了不定根和远轴叶表面毛状体的产生。此外，ABA积累增加了转基因草莓植株的气孔闭合。
转基因方法可用于克服植物生长和耐旱性之间的内在权衡，提高用水效率和降低缺水条件下的水分损失率。本研究为未来对草莓进行遗传修饰以提高耐旱性提供了依据。