WOX5过量表达和秋水仙素处理对拟南芥根冠 柱细胞与侧根冠细胞的影响差异

Botanical Research 植物学研究, 2019, 8(3), 212-217

Published Online May 2019 in Hans. /journal/br

/10.12677/br.2019.83028

Differential Impacts of WOX5

Overexpression and Colchicine Treatments

on Columella and Lateral Root Cap Cells in

Arabidopsis thaliana

Yujie Chen, Huanhuan Yan, Lihua Chen, Tian Wang, Hanma Zhang

*

Chongqing Key Laboratory of Molecular Adaptations of Plants, College of Life Science, Chongqing Normal

University, Chongqing

thndth

Received: Apr. 18

, 2019; accepted: May 2, 2019; published: May 14, 2019

Abstract

Columella and lateral root cap cells are two different cell types in root cap of higher plants. Al-

though they are generated by different stem cells, their division and differentiation are highly

coordinated and synchronised. WOX5 is an important regulatory gene for root stem cells in Ara-

bidopsis thaliana and its encoded product can inhibit the differentiation and also promote dedif-

ferentiation of root cap cells, but the relationship between these two functions is currently unclear.

In this study, we used colchicine to treat WOX5-overexpressing seedlings and found that the de-

differentiation-promoting function of WOX5 did not depend on cell division. In addition, in the

background of WOX5-overexpression, columella and lateral root cap cells displayed differential

responses to colchicine treatments. The results provide new experimental data for the regulatory

function of WOX5 and also an important entry point and experimental strategy for studying the

coordinations of plant cells.

Keywords

Arabidosis, Root Cap, Columella Root Cap Cell, Lateral Root Cap Cell, Colchicine

WOX5过量表达和秋水仙素处理对拟南芥根冠

柱细胞与侧根冠细胞的影响差异

陈玉洁，严欢欢，陈丽华，王 甜，张汉马

*

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通讯作者。

文章引用: 陈玉洁, 严欢欢, 陈丽华, 王甜, 张汉马. WOX5过量表达和秋水仙素处理对拟南芥根冠柱细胞与侧根冠细

胞的影响差异[J]. 植物学研究, 2019, 8(3): 212-217. DOI: 10.12677/br.2019.83028

陈玉洁 等

重庆师范大学，植物环境适应分子生物学重庆市重点实验室，重庆

收稿日期：2019年4月18日；录用日期：2019年5月2日；发布日期：2019年5月14日

摘 要

柱细胞和侧根冠细胞为植物根冠中的两种细胞类型，它们虽然来自不同的干细胞，但分裂与分化活动高

度同步。WOX5为拟南芥中根尖干细胞调控的一个重要基因，其所编码的蛋白对根冠细胞有抑制分化和

促进脱分化的功能，但这些功能之间是否相互依赖目前并不清楚。本研究利用秋水仙素处理WOX5过表

达幼苗后，发现WOX5对脱分化的促进作用不依赖于细胞分裂，且在WOX5过量表达的背景下，柱细胞

和侧根冠细胞间对秋水仙素处理呈现出显著差异。研究结果为准确了解WOX5的调控功能提供了新的实

验数据，为研究植物细胞间相互协调提供了一个重要切入点和研究思路。

关键词

拟南芥，根冠，柱细胞，侧根冠细胞，秋水仙素

Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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/licenses/by/4.0/

1. 引言

根冠(root cap)是高等植物根中一个特有的结构，位于根的最前端，形如帽状，担负着保护根尖分生

组织，减少根与土壤间摩擦和接受向地性信号等重要功能[1]。根冠中包含两种细胞类型，即位于静止中

心下方中央的柱细胞和围绕在柱细胞及分生组织外侧的侧根冠细胞。在模式植物拟南芥中，根冠中的两

种细胞类型来源于不同的干细胞。柱细胞由柱干细胞产生，后者的发育可追溯到受精卵第一次分裂后形

成的基细胞。侧根冠细胞由侧根冠/表皮原初细胞(干细胞)产生，后者源自受精卵分裂后所产生的顶细胞。

因此，根冠中的两种细胞类型的发育过程在受精卵第一次分裂后就已分道扬镳[2]。虽然如此，在正常发

育条件下柱干细胞与侧根冠/表皮原初细胞的分裂活动高度同步，以至于所产生的柱细胞和侧根冠子细胞

间形成连贯的细胞层。在正常情况下由柱干细胞分裂产生的柱细胞不再进行分裂，侧根冠细胞也只进

行垂周分裂，根冠中的连贯细胞层结构可一直维持，根冠细胞最终以层状脱落的方式离开根尖进入土

壤[1]。

WOX5 (WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX5)为拟南芥中根尖干细胞调控的一个重要基因，编码一个

同源异型域(homeobox)转录因子家族蛋白[3]。WOX5功能缺失导致柱干细胞和侧根冠细胞分化，而该基

因的过量表达可导致整个根冠中的细胞处于未分化状态，并可继续分裂[3]。研究发现WOX5具有抑制根

冠细胞分化和促进细胞分裂两种调控功能[4] [5]，但这两种功能是否相互独立目前并不十分清楚。本研究

试图用秋水仙素(或称秋水仙碱)抑制细胞分裂，由此分开WOX5的脱分化和细胞分裂调控功能。秋水仙

素能与微管蛋白结合，由此抑制微管蛋白亚基组装形成维管，破坏纺锤体的形成，从而抑制细胞分裂。

研究结果表明WOX5的脱分化调控功能不依赖于细胞分裂，且在WOX5过量表达的背景下，柱细胞区

和侧根冠细胞区中的细胞对秋水仙素的响应有显著差异。

DOI: 10.12677/br.2019.83028

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