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第三十四期:敞开你的心扉,让我走进你的世界——根冠的结构与发育

主讲人:王利凯

主持人:文觅

前言:
经过了前面的33期,参加我们学术沙龙的人是越来越多了,今年几乎场场都爆满,希望这种热烈的气氛可以延续下去。
今天的主讲人——王利凯师兄,他是我们水稻课题组须健老师的学生,08级的博士,他研究的内容,用4个字概括就是——刨根问底。
众所周知,根是种子植物的营养器官,具有固着,吸收,合成,储藏和繁殖等生理功能。根深叶茂这个成语就充分说明了根对植物的重要作用,而在根深深的扎入地下的时候,根冠的作用是功不可没的。根冠,顾名思义,就是根的帽子。我们平常有很多女生喜欢戴帽子,因为它可以遮阳,挡风,当然还有些是为了美观,而且必要的时候还可以用它来行使其他功能。
那么,根的这顶帽子它又具有怎样的功能呢,它的结构是由哪几部分组成,又是历经了怎样的发育过程而来的呢?欲知详情,且听王利凯师兄来为大家细细分解。

内容:
王利凯师兄首先简要介绍了根的结构与其功能,然后详细的介绍了拟南芥和水稻根冠的结构与功能,并比对了二者结构的不同。拟南芥根皮细胞与侧根冠细胞是由同一个干细胞发育而来,而在水稻中它们来自不同的干细胞。在不同的水稻品种中,根冠的结构也存在着差异,如根冠的角度或根冠的长度有所不同。
接着王利凯师兄介绍了根冠在胚胎时期的发育情况以及胚后主根根冠的详细结构及细胞分裂方式,以及根冠被剥离后和切除二倍距离后的再生情况,并阐释了激素在根冠再生中的作用。水稻根冠通常有2层干细胞和13-14层小柱细胞构成,每层50个,小柱细胞共8列。胚胎发育过程中,根冠和根主体之间的缝隙在发育第3天已经形成,在发育9天时根冠结构已经成熟。水稻在切除根冠后,24小时即开始再生,72小时再生完全。经过激素处理的根冠,再生后根冠形状发生了变化。由于根冠细胞中存在着淀粉颗粒,因而可通过lugol染色看到根冠的形状,DR5作为生长素的响应元件,可通过它所驱动的报告基因的表达来确定生长素的聚集位点。王利凯师兄引用并完善了一篇文献中的观点,提出根冠启动再生需要有功能的干细胞出现。
最后,王利凯师兄通过根冠再生过程中相关基因的芯片,得出结论,控制根冠再生的基因表达模式应为0h≈12h≠1h,换言之,根冠再生模式在1h时就已决定,因而可将该表达模式的基因作为控制根冠发育的候选基因。

提问环节:
1.植物根有内源激素的影响,那么在使用外源激素处理的时候,如何排除内源激素的干扰,并确定合理的临界值?答:在一个浓度范围内,激素的浓度升高,会有促进作用,而过了这个界限之后,则会抑制。
2.切下的根冠部分还能够继续生长吗?答:可以。
3.候选基因中有生长素运输相关的基因吗?答:有。促进生长素运输的基因,在芯片中表达量是上升的,抑制生长素运输的基因,在芯片中表达量是下降的。
4.其他激素是通过影响生长素来间接影响根冠发育还是直接起作用?答:推测是通过生长素间接作用。
5.根冠的结构在不同基因型之间是否保守?答:变化很大。
6.激素对根再生的形态有着影响,除去激素,是否能够恢复根冠的形态?答:能够恢复正常。
7.把植物的根剪掉之后根的生长速度是变快还是变慢?答:变慢
8.现在利用动物干细胞再生是一个很热门的研究领域,那么植物干细胞是不是也可以像动物干细胞这样大张旗鼓的研究呢?答:应该不会,因为植物细胞具有全能性。
9.根冠的结构和发育都已经研究这么透彻了,那根冠的研究以后会向哪个方向发展?答:其实关于根冠的很多研究都还不是很成熟,需要进一步的研究,如生长素为什么会在根冠附近大量聚集;;影响根冠发育的基因及调控机制是什么。

总结:
王利凯师兄的报告非常精彩,对于自己所研究的内容可以说是知无不言言无不尽,大家讨论的也非常激烈,包括实验的设计,实验方法,结论,还有一些大胆的猜想。
另,在之后每一期专题讨论的时候,我们将邀请一些在各期学术沙龙中踊跃发言和参与讨论的同学来参加。