本網(wǎng)訊 近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)韓毅教授課題組和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)宣偉教授課題組聯(lián)合在Nature Communications雜志在線(xiàn)發(fā)表了題為A root cap-localized NAC transcription factor controls root halotropic response to salt stress in Arabidopsis的研究論文。研究新鑒定了一個(gè)根冠特異表達(dá)的NAC轉(zhuǎn)錄因子SMB，通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)素運(yùn)輸?shù)鞍譇UX1的表達(dá)和生長(zhǎng)素在側(cè)根冠中的分布來(lái)控制根系避鹽性。
鹽脅迫嚴(yán)重阻礙了植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及農(nóng)作物的產(chǎn)量。面對(duì)日益惡化的土壤鹽脅迫，植物能夠主動(dòng)調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育以適應(yīng)逆境環(huán)境。根系是植物最先受到土壤中鹽脅迫影響的器官，植物可以通過(guò)改變根系生長(zhǎng)方向以減少暴露在高鹽環(huán)境中的行為稱(chēng)為避鹽性 (Halotropism)。根系避鹽性可以被經(jīng)典的喬羅尼–文特模型（Cholodny-Went model）所解釋?zhuān)粗参锛に厣L(zhǎng)素從根尖的近鹽側(cè)轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)鹽側(cè)，導(dǎo)致生長(zhǎng)素分布不對(duì)稱(chēng)和根系彎曲從而躲避鹽脅迫。位于根尖分生組織干細(xì)胞周?chē)母谑巧L(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生的重要場(chǎng)所，同時(shí)也在感知養(yǎng)分和環(huán)境因子以及根系發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用。然而，根冠是否介導(dǎo)根的避鹽性以及相關(guān)的調(diào)控基因尚不清楚。
研究首先通過(guò)鹽濃度梯度實(shí)驗(yàn)從擬南芥T-DNA突變體庫(kù)中鑒定到根系避鹽性缺陷的突變體，并驗(yàn)證其突變基因?yàn)镹AC轉(zhuǎn)錄因子SMB。通過(guò)一系列生理生化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，突變體不影響Na+離子的吸收且SMB表達(dá)模式不受鹽脅迫調(diào)控；通過(guò)生長(zhǎng)素報(bào)告基因材料與特異性生長(zhǎng)素誘導(dǎo)材料并結(jié)合生長(zhǎng)素處理發(fā)現(xiàn)，SMB突變會(huì)導(dǎo)致側(cè)根冠生長(zhǎng)素信號(hào)強(qiáng)度降低且無(wú)法形成不對(duì)稱(chēng)分布；結(jié)合ChIP-PCR、酵母單雜與定量分析發(fā)現(xiàn)SMB 直接調(diào)控AUX1基因表達(dá)以影響生長(zhǎng)素動(dòng)態(tài)流動(dòng)從而促進(jìn)避鹽性反應(yīng)。此外，研究還表明根尖的淀粉合成途徑也調(diào)控根系避鹽性，但并不參與 SMB 對(duì)根系避鹽性的調(diào)控。值得注意的是，盡管SMB在側(cè)根冠的表達(dá)不受鹽梯度不對(duì)稱(chēng)誘導(dǎo)，但它對(duì)于AUX1基因在側(cè)根冠的基礎(chǔ)表達(dá)和生長(zhǎng)素的不對(duì)稱(chēng)分布的形成是必需的。
該研究揭示了SMB-AUX1-auxin信號(hào)模塊調(diào)控根系避鹽性的分子機(jī)制，闡明了植物根冠信號(hào)感知鹽脅迫的存在并誘導(dǎo)生長(zhǎng)素流動(dòng)形成不對(duì)稱(chēng)分布以響應(yīng)鹽脅迫的分子機(jī)制，對(duì)于提高植物的耐鹽性具有重要的理論指導(dǎo)意義。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院韓毅教授為論文第一通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院宣偉教授為該論文共同通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院博士生鄭路路為第一作者，三峽大學(xué)胡永峰副教授、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院戚維聰副研究員、呂遠(yuǎn)大研究員、比利時(shí)根特大學(xué)VIB植物系統(tǒng)生物學(xué)研究中心Tom Beeckman教授參與了課題。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和三亞“崖州灣”菁英人才科技專(zhuān)項(xiàng)、安徽省自然科學(xué)基金、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)人才啟動(dòng)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。（圖文/韓毅 編輯/程玉磊 預(yù)審/薛挺 審核/夏曉昀）
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46482-7
