第57期--植物为何在光线不足时快速向上生长?

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拟南芥避荫期间XTHs的光调控和细胞壁的酸化

当植物以高密度种植时,它们会感知到红光辐射量相对其它波长光的减少。这时,植物可以让茎伸长和叶片移动避免遮光,这种现象称之为避荫综合症(SAS)。这种光照的变化起着竞争作用,刺激植物开花结种。但是导致植物茎徒长,叶面积减小,生物量和产量降低。为了揭开这个过程背后的生物学机制,荷兰等国的科学家研究了扩展素和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶(XTH)相关的光调控现象。

2010年8月,Sasidharan等科学家研究了拟南芥避荫期间的关键蛋白和光调控现象,发现细胞壁的调节机制促进叶柄的伸长反应。避荫期间拟南芥对低的红光-远红光和绿光表现出典型的避荫特征:叶柄伸长和叶片偏向下生长。使用非损伤微测技术测定了非质体的质子流速(H+ flux),绿光遮光处理叶柄后质子流在几分钟内快速地外流到非质体中,而白光没有这种明显的反应。非质体的酸化为细胞壁调节蛋白如扩展素和XTHs的活化提供了酸性环境。红光-远红光正调控5个XTH基因(XTH9, -15, -16, -17, and -19),后四个基因和XTH22对绿光遮光表现出显著的上调反应。

这项研究说明拟南芥能够清楚地区分不同类型的光信号,且对他们的反应不同,同时影响XTH的活性。非质体在绿光条件下的快速酸化为细胞壁的伸长和扩展提供了有利的环境,这为人们理解在丛林或者高密度种植的田地中植物为何快速向上生长提供了合理的解释。

关键词:扩展素(expansins),xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases (XTHs)木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶,非损伤微测技术(MIFE)

参考文献:Sasidharan R, et al. Plant Physiology, 2010, 154: 978 – 990

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图注:拟南芥叶柄夹角对遮光信号的反应。拟南芥叶柄非质体对绿光遮光的反应,绿光导致质子外流,质外体酸化。

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