钾元素(K)是植物生长必不可少的元素,然而土壤中K含量通常不能满足植物生长发育的需求,植物经常需要应对低钾环境,因此探究植物适应低钾胁迫机理具有重要的科学意义。根毛是植物吸收K离子(K~+)的主要部位,微丝骨架是调节根毛生长的重要因子,但目前仍未见微丝骨架在植物适应低钾胁迫过程中作用报道。微丝捆绑蛋白AtVLN1和AtVLN4分别对根毛生长具有负向和正向的调节作用。本实验探究了微丝捆绑蛋白AtVLN1与AtVLN4通过调节根毛生长影响拟南芥耐低钾胁迫的机制,具体研究结果如下:1.利用体式显微镜观察野生型(Col-0)根毛生长过程发现:低钾胁迫促Japanese medaka进根毛生长,生长速率升高,生长时间变长。利用激光扫描共聚焦显微镜观察Col-0在低钾胁迫下根毛细胞各生长https://www.selleck.cn/products/dorsomorphin-2hcl.html时期微丝形态发现:在根毛快速生长时期,正常条件下,Col-0根毛顶端区域无明显微丝,亚顶端区域微丝较细,大多数微丝平行与根毛生长方向;低钾胁迫下根毛顶端也无明显微丝,根毛亚顶端微丝也较细,但微丝整体形态更加平行于根毛生长方向。在慢速生长时期,正常条件下根毛顶端出现微丝,亚顶端微丝变粗,微丝伸展方向与根毛生长方向角度变大;低钾胁迫下根毛微丝形态相似于正常条件下根毛快速生长时期微丝形态。正常条件下在根毛终止生长前期及终止生长后期,根毛顶端及亚顶端微丝变粗,微丝伸展方向与根毛生长方向的角度更大;低钾胁迫下在根毛终止生长前期微丝形态相似于正常条件下根毛慢速生长时期的微丝形态,终止生长后期与正常www.selleck.cn/products/3-methyladenine条件下微丝形态无显著差异。研究结果表明:低钾胁迫通过抑制微丝粗束的形成,保持微丝平行于根毛生长方向,提高根毛生长速率和增加根毛生长时间,从而促进根毛生长。2.通过RT-q PCR、GUS染色及Western Blot检测发现,在低钾胁迫下Col-0中AtVLN1表达明显降低,AtVLN4表达明显升高。观察低钾胁迫下AtVLN1和AtVLN4各遗传材料根毛生长过程发现:低钾胁迫下,与Col-0相比,Atvln1的差异主要表现在根毛终止生长前期仍保持3个小时生长,Atvln4的差异主要表现在根毛快速生长时期生长速率较慢。进一步观察在低钾胁迫下Atvln1和Atvln4的根毛微丝动态发现:低钾胁迫下,与Col-0相比,Atvln1在根毛终止生长前期微丝保持细丝,大多数微丝平行于根毛生长方向,Atvln4在根毛快速生长时期,微丝保持细丝,但是微丝与根毛生长方向的角度增大。研究结果表明:低钾胁迫下AtVLN1促进在根毛终止生长前期微丝粗束的形成,从而终止了根毛生长,负向调节根毛生长。AtVLN4促进在根毛快速生长时期微丝的稳定性,从而保证微丝伸展方向与根毛生长方向一致,从而提高了根毛生长速率,正向调节根毛生长。3.对低钾胁迫下AtVLN1和AtVLN4各遗传材料的植株表型观察和植株K~+含量测量发现:低钾胁迫下Atvln1突变体叶面积增大,K~+含量上升,Atvln4突变体叶面积减小,K~+含量降低,AtVLN1 comp#9和AtVLN4 comp#10恢复突变体植株与Col-0无明显差异。研究结果表明AtVLN1起到降低植株耐低钾能力的作用,AtVLN4起到提高植株耐低钾能力的作用,这与低钾胁迫下AtVLN1和AtVLN4调节根毛生长的作用一致。综上所述,在低钾胁迫下,拟南芥微丝捆绑蛋白AtVLN1与AtVLN4通过影响根毛细胞微丝的动态变化,调节根毛生长,进而影响植物耐低钾胁迫能力。本实验结果为微丝骨架在植物耐低钾胁迫机理研究提供新的科学理论依据。