[植物生理] 植物根的生長狀態可以調控莖頂的發育。20190927 Development

Root gravity response module guides differential growth determining both root bending and apical hook formation in Arabidopsis

Qiang Zhu, Marçal Gallemí, Jiří Pospíšil, Petra Žádníková, Miroslav Strnad, Eva Benková

ABSTRACT

The apical hook is a transiently formed structure that plays a protective role when the germinating seedling penetrates through the soil towards the surface. Crucial for proper bending is the local auxin maxima, which defines the concave (inner) side of the hook curvature. As no sign of asymmetric auxin distribution has been reported in embryonic hypocotyls prior to hook formation, the question of how auxin asymmetry is established in the early phases of seedling germination remains largely unanswered. Here, we analyzed the auxin distribution and expression of PIN auxin efflux carriers from early phases of germination, and show that bending of the root in response to gravity is the crucial initial cue that governs the hypocotyl bending required for apical hook formation. Importantly, polar auxin transport machinery is established gradually after germination starts as a result of tight root-hypocotyl interaction and a proper balance between abscisic acid and gibberellins.

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阿拉伯芥根對於重力的反應模組調控了差別生長，進而決定了根的彎曲以及莖頂鉤的形成

摘要

植物的莖頂鉤是一個暫時性的構造，在植物發芽穿越土壤時，用來保護頂芽避免受損。 生長素在局部區域的累積會決定精的哪一側是彎折的凹面區域，對於適當的彎曲極為的重要。由於在胚胎發育時期、頂芽鉤形成之前，生長素並沒有任何不對稱分布的跡象。而對於生長素在發芽早期，不對稱累積的調控機制，大部分依然未知。在此，我們在植物發芽的早期，分析了生長素以及負責運送生長素離開細胞的蛋白質PIN的分佈。我們發現根在感受重力後所發生的偏折現象，對於下胚軸（子葉以下的部位）的偏折是一個重要的起始訊號。下胚軸的偏折是形成莖頂鉤所不可或缺的要素。而最重要的事，生長素極性運輸機制的建立，是在發芽後，經由緊密的根與下胚軸的互動，再加上適當的離層酸與吉貝素（另外兩種植物荷爾蒙）平衡之下，所造成的結果。

阿拉伯芥的發芽時期，經頂鉤的發展

＊ 利用螢光顯微鏡來觀察阿拉伯芥種子發育可發現，不論植物原本子葉篇折的方向為何，後來都會因為跟部對於重力的法應，最後造成下胚軸對應於重力方向的生長較慢，而形成一個鉤狀。這個現象的行程，是與生長素（auxin）的不對稱分佈，有相當大的關聯。但是在胚胎發育時期，這個累積尚未發生，而是在發芽後，漸漸生成。這個調控究竟怎麼形成的，在這篇研究中做出了初步的發現，重力加上另外兩個植物荷爾蒙（離層酸、吉貝素）的平衡，是影響生長素不對稱分布的重要關鍵。未來，就是研究這些因子經由怎麼樣的機制，最後可以讓植物知道應該在哪一側累積生長素，形成正確的莖頂鉤。