钙离子通道蛋白PagGLR3.3介导的钙信号参与杨树应力木早期诱导的研究

[目的]应力木是树干或树枝受外力作用出现偏心生长后恢复原有生长方向,在受力部位产生的特殊构造木材。虽然已有研究表明植物激素和一些转录因子参与了应力木的形成,但应力木形成的最初信号仍不清楚。[方法]本研究以银腺杨(Populus alba×P.glandulosa)'84K'为材料,通过药理学和遗传学方法对杨树细胞质Ca2+水平进行调控,探讨钙信号在杨树应力木诱导早期反应中的作用。[结果]在重力诱导早期(0-4 h),杨树茎上、下部靠近形成层的韧皮部细胞的细胞质中Ca2+密度出现显著差异:上部韧皮部细胞Ca2+密度减少,下部增多。钙离子抑制剂(LaCl3)处理和钙离子通道蛋白基因PagGLR3.3敲除植株与对照植株相比,韧皮部细胞的细胞质中Ca2+密度显著降低、木质部宽度增加,且木质部细胞中可产生凝胶层(G层)这一典型应力木特征,这表明细胞质中Ca2+密度降低可能与应力木的形成有关。此外,与对照相比,PagGLR3.3 敲除植株对重力诱导的敏感性降低,且韧皮部细胞的细胞质中Ca2+密度在重力诱导下的上下分布改变延迟且幅度变小。进一步转录组学分析表明,敲除 PagGLR3.3 导致磷酸化、G层形成以及纤维素生物合成相关的基因上调。[结论]上述结果表明,细胞质中 Ca2+密度降低与应力木的形成有关,离子通道蛋白PagGLR3.3 介导了杨树重力响应的早期反应,这为应力木形成的机制提供了新的见解。