植物響應(yīng)土壤硬度的信號(hào)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(guó)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(guó)諾丁漢大學(xué)Malcolm Bennett教授研究組合作，經(jīng)過(guò)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(lái)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(guó)強(qiáng)為第一作者。來(lái)自荷蘭、德國(guó)、捷克以及美國(guó)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(zhǎng)，人類(lèi)對(duì)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(zhǎng)，生長(zhǎng)變差、產(chǎn)量降低。因此，人類(lèi)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(gè)亟待解決的問(wèn)題。前期這兩個(gè)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(guò)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?chē)?，抑制了植物根系的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)在疏松土壤內(nèi)部；(B)水稻生長(zhǎng)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(hào)，調(diào)控水稻根系的橫向延伸和縱向生長(zhǎng)？這是擺在科研工作者面前的有一個(gè)問(wèn)題。這項(xiàng)工作在前期的基礎(chǔ)上證實(shí)乙烯通過(guò)作用于生長(zhǎng)素的上游，乙烯轉(zhuǎn)錄因子（OsEIL1）通過(guò)刺激生長(zhǎng)素合成（OsYUC8介導(dǎo)）過(guò)程，增加了根系內(nèi)部生長(zhǎng)素的濃度，調(diào)控了根系的延伸過(guò)程；ABA作用于乙烯和生長(zhǎng)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(hào)如何通過(guò)植物體內(nèi)的發(fā)育信號(hào)調(diào)控水稻根系對(duì)外界土壤硬度的響應(yīng)過(guò)程（圖 2）。同時(shí)證實(shí)植物根系的橫向延伸對(duì)植物鉆地能力發(fā)揮了一個(gè)負(fù)調(diào)控作用。為未來(lái)篩選鉆地能力強(qiáng)的作物，提供了一個(gè)關(guān)鍵表型標(biāo)準(zhǔn)。
圖2.本文模型圖
(A)水稻生長(zhǎng)在疏松土壤內(nèi)部；
(B)水稻生長(zhǎng)在堅(jiān)硬土壤內(nèi)部
此項(xiàng)工作得到了國(guó)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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