蔗糖分子传递的光控制着植物根系的生长

植物的生长由光驱动，并通过绿叶的光合作用提供能量。在黑暗中生长的根也是如此——它们通过韧皮部的中央运输途径接受光合作用的产物，特别是蔗糖，即糖。来自弗莱堡大学生物学院的Stefan Kircher博士和Peter Schopfer教授在使用模式植物拟南芥的实验中表明，蔗糖不仅保证向根供应碳水化合物，而且还作为光依赖性根结构形成的信号发射器。它通过两种方式做到这一点:首先，蔗糖直接引导主根的伸长。其次，蔗糖被运送到根尖，然后调节植物激素生长素的产生。这种激素驱动新的侧根的形成速度，与主根的伸长一起由关节信号发射器同步。Kircher说:“这使得根部的生长能够适应光照和其他环境条件的变化，例如从白天到晚上的变化，从而适应叶片当前的光合作用表现。

为了证明通过光合作用产生的蔗糖是决定性的信号发射器，Kircher和Schopfer将植物放在一个有光但空气中没有二氧化碳(CO2)的房间里，从而使光合作用无法进行。结果是没有形成更多的侧根。这一结果在另一个实验中得到了证实，在这个实验中，两位生物学家在黑暗中用蔗糖溶液处理叶子或根。在这两种方法中，侧根的发育与暴露在光照下的对照植物相同。“这些结果表明，叶片中蔗糖的产生对于侧根的形成是必要的。它证实了蔗糖作为光刺激的信号发射器的假设，”Kircher说。在早期的研究中，研究人员已经证明，由氨基酸色氨酸在根中产生的生长素推动了新的侧根的发育速度。Kircher和Schopfer现在展示了蔗糖是如何触发这一过程的。为了做到这一点，他们把植物放在一个黑暗的房间里两天，并进行了各种实验，以发现它们对侧根形成的影响。在用蔗糖处理叶片的同时对根部施用色氨酸效果最好。相比之下，如果将色氨酸施用于叶片或根部不加蔗糖，则效果不大。“这些观察证实，通过光合作用产生的蔗糖可以触发生长素的合成，”Kircher说。

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来源：Current Biology