植物響應(yīng)土壤硬度的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式——上海交大張大兵課題組《PNAS》上合作發(fā)文闡明植物根系響應(yīng)外界土壤硬度的機(jī)制
近日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《PNAS》在線發(fā)表了植物根系響應(yīng)外界土壤硬度機(jī)制的研究工作。該項(xiàng)研究由上海交通大學(xué)張大兵教授和英國諾丁漢大學(xué)Malcolm Bennett教授研究組合作，經(jīng)過近9年的聯(lián)合攻關(guān)，闡明了植物如何響應(yīng)外界土壤硬度的機(jī)制，為未來培育適應(yīng)不同土壤硬度的作物新品種提供了重要的理論基礎(chǔ)。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張大兵教授為共同通訊作者，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院黃國強(qiáng)為第一作者。來自荷蘭、德國、捷克以及美國科研工作者也為這項(xiàng)研究做出了重要貢獻(xiàn)。
伴隨著世界人口的急劇增長，人類對糧食的需求量不斷激增，大型機(jī)械使用頻率逐年增加，導(dǎo)致土壤的硬度逐年變大，土壤板結(jié)以及透氣性變差。植物在硬度較大的土壤中生長，生長變差、產(chǎn)量降低。因此，人類在作物種植前，不得不進(jìn)行耕地松土，消耗大量的資源。如何培育能夠適應(yīng)不同硬度土壤的作物新品種，是一個亟待解決的問題。前期這兩個課題組進(jìn)行了聯(lián)合攻關(guān)證實(shí)高硬度的土壤可通過限制植物本身產(chǎn)生的乙烯擴(kuò)散，導(dǎo)致乙烯積聚在根系周圍，抑制了植物根系的生長，實(shí)現(xiàn)對外界土壤硬度的響應(yīng)，相關(guān)工作于去年發(fā)表在Science上（圖1）。
圖1.工作模型
(A)水稻生長在疏松土壤內(nèi)部；(B)水稻生長在堅(jiān)硬土壤內(nèi)部
乙烯如何轉(zhuǎn)化為植物內(nèi)部發(fā)育信號，調(diào)控水稻根系的橫向延伸和縱向生長？這是擺在科研工作者面前的有一個問題。這項(xiàng)工作在前期的基礎(chǔ)上證實(shí)乙烯通過作用于生長素的上游，乙烯轉(zhuǎn)錄因子（OsEIL1）通過刺激生長素合成（OsYUC8介導(dǎo)）過程，增加了根系內(nèi)部生長素的濃度，調(diào)控了根系的延伸過程；ABA作用于乙烯和生長素下游，調(diào)控根系的橫向延伸，這項(xiàng)工作揭示了乙烯信號如何通過植物體內(nèi)的發(fā)育信號調(diào)控水稻根系對外界土壤硬度的響應(yīng)過程（圖 2）。同時證實(shí)植物根系的橫向延伸對植物鉆地能力發(fā)揮了一個負(fù)調(diào)控作用。為未來篩選鉆地能力強(qiáng)的作物，提供了一個關(guān)鍵表型標(biāo)準(zhǔn)。
圖2.本文模型圖
(A)水稻生長在疏松土壤內(nèi)部；
(B)水稻生長在堅(jiān)硬土壤內(nèi)部
此項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金（32130006, 3210165, 31861163002 和 31700276）、上海市啟明星項(xiàng)目（22QA1404200）以及111引智基地（B14016）等經(jīng)費(fèi)資助。
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原文鏈接:?https://www.pnas.org/eprint/QGAEMEU8JU9IUGFUNTBB/full
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