局部激素的产生是植物发育的根本问题

根据北卡罗来纳州立大学的一项新研究，植物根源依赖于当地生产的一种关键激素，它可以控制许多方面的发展和对环境变化的反应。该研究揭示了植物激素生长素何时何地产生的重要性，并探讨了生长素合成与运输过程中生长素在整个植物中的相互作用。

具体而言，该研究表明，需要局部生长素的产生以保持植物健康。也就是说，如果生长素不在根中产生，则根将退化，或者如果生长素不是在正确的地方和花中的正确时间制造，则花将是无菌的，尽管激素可以在整个植物中运输。

“我们知道生长素是如何在植物内运输的以及植物如何对生长素产生反应，但令人惊讶的是我们直到最近才知道植物如何以及在何处生长生长素，”北卡罗来纳州立大学博士后研究员Javier Brumos说道。描述该研究的论文的作者。

关于生长素运输的早期假设认为，这种激素是在幼叶和茎尖中产生的，并沿着植物“向下”进入茎和根以促进植物的发育和生长。后来的研究揭示了生成生长素的分子机制，并证明了根和芽中细胞之间的局部生长素的产生和运动。

“这导致了一个问题，即根系中生长素的局部生产有多么重要 - 即生长素从根细胞转移到根细胞而不是从芽中转移到植物发育中，”Brumos说。

通过对拟南芥或芥菜杂草的各种优雅实验，北卡罗来纳州研究人员展示了植物根部局部生长素生产的重要性。

首先，研究人员通过将健康的，生长素产生的枝条移植到不产生生长素的根上来制造杂交植物，以观察生长素是否可以从枝条转移到根以保持根健康。当没有当地生产的生长素时，根系退化。研究人员还进行了相反的实验，将无生长素的芽移植到生长素产生的根上。这些根源是可行和健康的。

接下来，研究人员在生长素缺陷幼苗的枝条上放置生长素糊状物，以确定生长素是否可以通过激活位于根尖组织中的干细胞(称为分生组织)而转运至根部以维持健康的根。虽然这种生长素糊剂有助于创造一些新根，但这些根源很快就会退化。

“事实证明，植物可以选择在他们想要积累的地方生长生长素，而不是总是从植物的其他部分带来生长素，”NC的植物和微生物生物学系助理教授Anna Stepanova说。国家及相应的论文作者。“当地生产的植物生长素对于保持干细胞生态位是必需的。如果根部没有局部生长素，植物就会失去根分生组织活动而根部会退化。”

研究人员还阻止了植物利用特定化学抑制剂生产生长素的天然能力，而是插入已知可生成生长素的细菌基因。然后可以通过施加热量来激活细菌基因以在根或芽中随意产生生长素。同样，具有根生成的生长素的植物具有活的根，而依赖于来自芽的生长素转运的植物具有错误的根。

本文还更仔细地研究了生长素在根外和根内的产生和转运，表明如果根中的生长素运输系统起作用，外部施用的生长素可以节省生长素饥饿的分生组织。但如果生长素运输在根细胞中被阻断，则根的健康依赖于当地的生长素产生：如果在正确的时间没有在正确的地方制造激素，则根部枯萎并死亡。

研究人员还研究了局部生长素在花和叶中的作用，并再次看到这种激素生物合成的位点是关键的，在这种情况下，对于完全生育和正常的叶子发育。

“这项研究的主要信息是，当地的生长素生产和运输共同促进植物健康。通过这种合作行动，植物可以保持健壮的干细胞生态位，因此即使在恶劣的条件下也能生存和生长，”Jose Alonso说。他是北卡罗来纳州植物和微生物生物学教授，也是生长素专家，他与Brumos和Stepanova共同构思了这项研究。