番茄作为世界第一大蔬菜品种,在国内外广泛栽培,而中国是栽培生产番茄最多的国家,具有极大的经济价值[1]。番茄以及番茄加工制品风味独特,可以生食,也可以作为蔬菜加工和番茄酱使用,并且具有医疗保健的功效[2]。随着中国经济的不断发展和贸易水平的提高,中国番茄的出口量也在不断提高。目前番茄市场需求量在不断提高,人们对番茄品质的追求也在提高,因此提高番茄产量和改善番茄品质是当下市场的迫切需求[3]。对于番茄产量和品质的探索过去多集中在果实层面,而近些年,根系与果实产量和品质关系逐渐引起人们的重视。根系作为植物吸收水分和养分的主要器官,可直接影响地上部分的生长发育。国内外目前对于番茄根系的研究还相对较少。本课题从番茄根系入手,来重点研究番茄根系生长发育的调控,从根系结构,相关的调控因子以及根毛生长发育等方面,运用发育生物学和分子生物学等手段对番茄的根系生长调控进行了研究。本实验室的结果,对未来通过调控番茄根系结构来提高番茄产量,改善果实品质,以及抗逆抗病等具有重要意义。本研究获得的主要实验结果如下:第一,通过组织学手段和染色显微技术,发现番茄主根的横向结构和模式植物拟南芥类似,都呈现从中心向外的辐射状态,但相比拟南芥中只有简单的一层皮层细胞,番茄的皮层细胞则具有多层;有趣的是,不同品种番茄间皮层细胞数目存在很大差异,为2-6层不等。通过对番茄组织切片观察,发现紧贴维管束的一层细胞具有内皮层特有的凯氏带,说明番茄根中只具有一层内皮层细胞,此结果与拟南芥一致。说明植物控制内皮层发育的机制可能在物种间保守。第二,构建了番茄PSHRLIKE启动子片段与GFP-GUS的蛋白融合载体SHRLIKE::GFP-GUS,拟南芥中p35S::SHR::GFP的过表达载体,以及拟南芥中诱导型表达SHR基因的pG1090-XVE::SHR载体。并将这些外源基因转到拟南芥和番茄中。第三,通过体式显微镜观察GUS染色的SHRLIKE::GUS-GFP在根系中的表达,发现其表达模式具有明显的组织特异性,即只在根系维管组织中表达,这和拟南芥中SHR启动子表达模式一致,说明其启动子的表达调控在进化过程中具有保守性。第四,过表达拟南芥SHR发现其可以在不同的细胞背景下诱导发生平周分裂,进一步通过诱导性表达SHR我们发现皮层细胞对于诱导最为敏感,最早发生分裂。第五,通过外源施加赤霉素,赤霉素合成抑制剂多效唑以及脱落酸处理番茄和过表达的拟南芥根系,我们发现赤霉素和脱落酸影响SHR诱导根系平周分裂,与对照组相比较,赤霉素会使其平周分裂减少,而抑制赤霉素的合成后发现平周分裂明显增多,说明赤霉素在调控根横向分裂中有重要作用。同时番茄中皮层数目收到类似的调控,暗示SHR可能参与番茄根中多层皮层细胞的形成。第六,外源施加赤霉素脱落酸和多效唑发现脱落酸(ABA)可以明显促进番茄根毛的生长,施加赤霉素(GA3)可减少根毛的数量,抑制赤霉素合成则会增加根毛数量,说明根毛的产生在一定程度上受上述激素的调控。综上所述,本研究通过对比番茄和拟南芥根尖辐射结构,发现番茄与拟南芥横向结构的区别主要在于的皮层细胞的数目。并且番茄根系横向结构在不同品种间存在差异,通过克隆番茄中SHRLIKE启动子发现其表达模式与拟南芥一致,也暗示其在时空表达,甚至功能上的保守性。同时通过过表达拟南芥中SHR基因,发现其能诱导皮层多次分裂,说明SHR基因对于平周分裂的调控不依赖于细胞类型,这与之前报道的SHR可能影响水稻根系皮层细胞数目结果一致。综合以上结果,我们认为番茄根系皮层细胞数目很可能通过保守的SHR通路,来诱导多次平周分裂而实现。更进一步,我们的结果表明SHR对于尖横向辐射结构的调控收到赤霉素信号的影响,赤霉素正向信号抑制SHR诱导的平周分裂,我们在番茄中通过研究皮层细胞的数目验证了这一结论。最后,我们也初步探索了不同激素信号在根毛的生长发育过程中的重要调控作用。