根毛在植物吸收水分及营养物质中发挥重要作用,同时根毛生长发育是植物应对非生物胁迫的一种重要机制。根毛的生长发育受到多种因素的调节,微丝骨架是根毛生长发育所必需的。然而,在非生物胁迫下,根毛生长发育中微丝动力学的分子机制还鲜有报道。渗透胁迫引起细胞失水,抑制植物生长发育,是重要的非生物胁迫之一。本研究揭示了渗透胁迫下拟南芥微丝解聚蛋白Actin Depolymerization Factor 7(ADF7)抑制微丝捆绑蛋白VILLIN1(VLN1)调节根细胞及根毛中微丝动态在根毛生长发育中的作用,并且该过程直接由转录因子CAPRICE(CPC)调节。具体研究结果如下:1.通过遗传学分析发现,ADF7功能的缺失导致根表皮细胞中的生毛细胞(H细胞)中生长根毛的比例降低,H细胞排列密度减小,进而使根毛数量的明显减少,同时根毛长度变短。ADF7过表达材料ADF7 OE的根毛数量则明显较多,根毛长度明显较长。进一步,对根细胞及根毛的微丝形态及单根微丝动态的观察统计发现ADF7通过切割和解聚作用增加细胞内微丝运转,减少粗的微丝束形成,正向调节根毛的生长发育。2.通过RT-q PCR及Western Blot检测发现,在adf7突变体材料中VLN1的表达明显升高,ADF7 OE材料中的表达明显降低。VLN1突变体及过表达材料中的ADF7表达无显著变化。对ADF7和VLN1遗传材料的表型分析发现adf7 vln1双突材料的表型与vln1相近。对根细胞和根毛细胞的微丝形态及单根微丝动态观察发现,ADF7抑制VLN1捆绑微丝的功能,增加微丝解聚率,提高细胞内微丝运转率,影响根毛的形成及生长。以上结果表明ADF7位于上游能够抑制VLN1的表达和VLN1介导的微丝捆绑的功能(下面简称ADF7-VLN1模块)。此外,本研究发现活性氧抑制剂DPI处理下,各相关遗传材料的根毛数量均减少,长度均降低。同时,adf7中活性氧(ROS)的积累量和ROS合成相关基因ROOT HAIR DEFECTIVE2(RHD2)的表达明显较低,而双突材料adf7 vln1的ROS积累量和RHD2的表达较高,并且与vln1相近。这些结果说明ADF7-VLN1模块致使微丝解聚以及单根微丝的运转增加,可能通过影响RHD2的表达,导致ROS水平升高,进而促进根毛的形成和生长。3.对渗透胁迫下ADF7和VLN1基因表达量检测发现,随着甘露醇处理浓度的升高,VLN1的表达量逐渐降低,而ADF7的相对表达量逐渐升高。对相关遗传材料的表型观察发现渗透胁迫下adf7 vln1、vln1和ADF7 OE表型相近,根毛数量明显较多,根毛长selleck NMR度较长,叶面积、干重及含水量都相对较高,而adf7 VLN1 OE、adf7和VLN1 OE的根毛及植株生长表型则相反。这些结果表明ADF7-VLN1模块介导的根毛生长发育影响植株应对渗透胁迫的能力。此外,对微丝形态的观察发现,渗透胁迫下adf7 vln1根细胞及根毛中微丝形态与vln1相近,细胞中微丝Colforsin细胞培养较细分布较密,而adf7的微丝表型则相反,表明ADF7-VLN1模块介导的根毛生长发育通过诱导微丝解聚响应渗透Bio-photoelectrochemical system胁迫。对渗透胁迫下ROS积累量的检测发现adf7 vln1与vln1相似,在根及根毛中具有较高的ROS积累量,而adf7的ROS水平则相对较低,这表明ADF7-VLN1模块通过诱导根及根毛中微丝解聚,增加ROS的产量介导根毛生长发育,从而响应渗透胁迫。4.通过GUS染色及Western Blot检测发现,渗透胁迫下,调节根毛生长发育的重要转录因子CPC在拟南芥根中的表达显著升高。对甘露醇处理下根毛表型观察发现cpc的根毛与Col-0相比数量较少,长度较短。同时,对渗透胁迫下根细胞及根毛中微丝形态的观察发现cpc细胞中微丝较粗,分布相对稀疏。这些结果表明CPC参与渗透胁迫,并且可能通过抑制细胞中粗微丝束形成过程影响根毛的生长发育。Ch IP及EMSA实验证明ADF7和VLN1是转录因子CPC的靶基因,经过基因表达量检测发现,CPC正向调节ADF7,负向调节VLN1的表达。此外,对渗透胁迫下相关遗传材料的根毛表型观察显示,cpc与adf7相比根毛数量较少,根毛长度相近,cpc adf7具有与adf7相近的表型,cpc vln1则与vln1表型相似,这些结果表明CPC通过直接调节ADF7-VLN1模块影响根毛的生长发育以响应渗透胁迫。总之,本实验结果证实:渗透胁迫下,CPC调节ADF7-VLN1模块,从而调节细胞中微丝动态影响ROS积累量,参与根毛的生长发育过程。这为在根毛生长发育和非生物胁迫中的微丝动态及其分子机制提供新的证据。