中國農業大學揭示氨基酸轉運蛋白CsAAP2介導生長素極性運輸參與黃瓜根系發育的分子生理機制

中國農業大學園藝學院眭曉蕾教授研究組揭示了黃瓜氨基酸轉運蛋白家族成員CsAAP2間接通過生長素極性運輸參與黃瓜根系發育的分子生理機制。利用生物信息學發現，氨基酸轉運蛋白AAP亞家族成員CsAAP2在黃瓜根系中高度表達，CsAAP2定位于根系中柱組織（維管束Vas和中柱鞘Per）的細胞質膜上。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術介導的黃瓜穩定遺傳轉化體系創制了CsAAP2基因敲除突變體，發現aap2突變體主根和側根根尖的分生組織細胞分裂異常，導致根系伸長生長和側根起始受到明顯抑制，主根長度和側根數量顯著減少。此外，利用15N同位素標記試驗，表明CsAAP2功能的缺失導致黃瓜根系質外體空間游離氨基酸含量顯著增加，氨基酸在根系維管組織的裝載受到抑制。進一步研究表明，aap2突變體根系中過度累積的游離氨基酸可能造成根系質外體空間H+富集和過度酸化，進而干擾了根系中生長素的生物合成與極性運輸，進一步影響了根系中局部生長素的濃度梯度分布，從而阻礙黃瓜根系的生長發育。另外，黃瓜aap2突變體根系中與木質素生物合成相關基因表達量顯著上調，木質素含量明顯升高并沉積于根系中柱維管組織，導致根系發育早期維管組織過早木質化，進而影響根系的生長。目前關于氨基酸轉運蛋白在根系發育中的功能研究鮮有報道，本研究為氨基酸轉運蛋白家族基因在其他植物根系發育中的作用提供了新的見解和思路。相關研究成果于2023年5月在線發表在《New Phytologist》上。