中国农业大学揭示氨基酸转运蛋白CsAAP2介导生长素极性运输参与黄瓜根系发育的分子生理机制

中国农业大学园艺学院眭晓蕾教授研究组揭示了黄瓜氨基酸转运蛋白家族成员CsAAP2间接通过生长素极性运输参与黄瓜根系发育的分子生理机制。利用生物信息学发现，氨基酸转运蛋白AAP亚家族成员CsAAP2在黄瓜根系中高度表达，CsAAP2定位于根系中柱组织（维管束Vas和中柱鞘Per）的细胞质膜上。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术介导的黄瓜稳定遗传转化体系创制了CsAAP2基因敲除突变体，发现aap2突变体主根和侧根根尖的分生组织细胞分裂异常，导致根系伸长生长和侧根起始受到明显抑制，主根长度和侧根数量显著减少。此外，利用15N同位素标记试验，表明CsAAP2功能的缺失导致黄瓜根系质外体空间游离氨基酸含量显著增加，氨基酸在根系维管组织的装载受到抑制。进一步研究表明，aap2突变体根系中过度累积的游离氨基酸可能造成根系质外体空间H+富集和过度酸化，进而干扰了根系中生长素的生物合成与极性运输，进一步影响了根系中局部生长素的浓度梯度分布，从而阻碍黄瓜根系的生长发育。另外，黄瓜aap2突变体根系中与木质素生物合成相关基因表达量显著上调，木质素含量明显升高并沉积于根系中柱维管组织，导致根系发育早期维管组织过早木质化，进而影响根系的生长。目前关于氨基酸转运蛋白在根系发育中的功能研究鲜有报道，本研究为氨基酸转运蛋白家族基因在其他植物根系发育中的作用提供了新的见解和思路。相关研究成果于2023年5月在线发表在《New Phytologist》上。