NP | 拟南芥根毛生长发育调控的新机制

根毛是植物表皮的管状延伸，具有丰富的生理功能，能使根系的有效表面积翻倍，显著提高植物对基质的固结能力以及对水分和养分的吸收能力，并与土壤环境建立动态的相互作用。由于根毛的高伸长率(>1 μm min - 1)和易于实验操作和生物成像，几十年来一直是研究植物细胞形态发生和各向异性生长的模型系统。据报道，根毛的伸长和扩张通常被认为是完全由顶端生长介导的，细胞壁和质膜的延伸仅限于根毛体的顶端圆顶。近日，哥本哈根大学植物与环境科学系的Klaus Herburger团队在国际知名期刊Nature plants上发表了一篇题为“Shank-localized cell wall growth contributes to Arabidopsis root hair elongation”的文章，该文作者研究发现顶端生长不是根毛伸长的唯一方式，顶端和柄局部的动态细胞壁沉积和重塑都有助于根毛伸长。

大多数根毛生理学研究都集中在生长的根毛尖端，忽视了圆柱形体中轴线上任何潜在的细胞壁或形成质膜的细胞活动。然而，作者发现生长中的花粉管和根毛的柄部和顶端在果胶高半乳糖醛酸的分泌和加工方面的显著差异。此外，最近的报告表明，根毛向根球内分泌木糖葡聚糖和其他多糖，其数量可能不只是从其顶端散发出来的。因此，作者假设根毛伸长是通过两种可能的主要机制发生的，即仅顶端生长，或者是顶端和“非局部”生长的结合。为了测试这两种可能性，作者设计了一种形态测量实时设置（图1），使用明亮的荧光量子点(q点)作为空间参考点，以监测通道载玻片和微流体装置设备（RootChip）中的根毛膨胀。

图1 q点跟踪拟南芥根毛柄的伸长

结合使用抗聚糖单克隆抗体(mAbs)对细胞壁成分进行体内染色的策略，用识别半乳糖基化木葡聚糖（LM25）或木聚糖（LM10）的单克隆抗体进行染色，结果发现在根毛的基部可见荧光信号，在根毛的顶端区域可见稀释信号，这表明只在根毛的顶端区域有新生生长。另外作者发现高尔基体（Wave18 YFP）、内质网（ER；Wave6Y YFP和内质体（Wave 7Y YFP）囊泡标记物不仅可以在根毛柄上的无液泡区域中检测到，也可以在尖端区域检测到（图2），这一显著事实证明信号的生长后损失是在这些区域持续合成和沉积新的细胞壁材料而产生的。

图2 根毛中半乳糖化木葡聚糖(LM25)和木聚糖(LM10)的免疫定位。

接下来，作者应用了一种基于点击化学的方法对新沉积的细胞壁成分进行生物正交标记，用aGal报告蛋白通过追逐标记实验来跟踪生长根毛中木糖葡聚糖的分泌（图3）。发现在极性生长期间细胞壁成分在根毛柄中沉积。这些结果表明，生长的根毛的柄部发生了大量的膨胀事件和木葡聚糖的从头沉积，顶端和柄细胞壁的扩张都依赖于连续的木葡聚糖合成，也依赖于其通过尖端不

使受限制的内切反式葡糖基化酶/水解酶（XTHs）在植物中的活性重塑。根毛伸长比以前想象的更复杂，更受时空调控。这些观察结果对理解复杂根际的形成具有重要意义，对维管束植物的土地定植和土壤肥力的进化方面都具有重要意义。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-022-01259-y

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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