New Phytologist：新研究揭示根生长响应机械阻抗新机制学术资讯

来源：植物生物学

植物的根在土壤中生长时，能够对一系列环境信号作出响应，并依靠灵活的生长来适应不断变化的外界条件。土壤中的各种应力条件限制了根的延伸，包括营养、氧气、水的缺乏，以及物理屏障等。植物建立健壮的根系对维持作物产量很重要，因此根系性状是植物育种家感兴趣的重点之一。

2021年1月11日，杜伦大学Keith Lindsey团队在著名期刊New Phytologist发表题为“Root growth responses to mechanical impedance are regulated by a network of ROS, ethylene and auxin signalling in Arabidopsis”的学术论文。该研究揭示了植物根在响应机械阻抗生长过程中涉及ROS、乙烯以及生长素的调节。

在本研究中，研究者首先检测了外界障碍物对主根的影响。研究者使用1.2%的植物凝胶作为机械阻抗。外界障碍物的施加使得7天幼苗根的伸长区的长度明显减少，侧根密度明显增加。

为了更好了解机械阻抗影响主根的分子机制。研究者收集受阻抗生长6h、30h的6天苗龄幼苗以及对照组的根进行RNA-seq分析。GO富集分析显示，幼苗在受阻抗生长6h，大量与ROS、植物激素相关的基因表达明显上调；而受阻抗生长30h的幼苗中，这些基因的表达量发生了明显下调。因此，研究者接下来集中探讨ROS,乙烯和生长素对受阻抗生长的根的影响。

幼苗在受阻抗生长6h时，20多个与ROS相关基因的表达量明显上调。使用ROS抑制剂DPI进行处理，受阻抗生长6h的幼苗展现了更加明显的根尖弯曲角度。

为了研究乙烯信号传递对根响应的需求，研究者使用延时成像技术来研究乙烯抗性etr1-1突变体在响应机械阻抗时的根尖弯曲情况。etr1突变体受阻抗生长的幼苗展现了明显的根尖弯曲角度。乙烯合成抑制剂AVG和信号抑制剂STS的处理实验揭示乙烯合成过程在阻抗反应后期发挥作用。

延时成像技术显示，生长素运输突变体aux1受阻抗生长时，根尖弯曲明显，接近水平。外源生长素运输抑制剂NPA的施加，也使得幼苗受阻抗生长时产生更加明显的根尖弯曲。

综上所述，该研究提出，植物根对机械阻抗的早期响应包括了对乙烯和生长素、活性氧信号的响应。抑制乙烯反应可以提高根抗反应的生长，这一发现可能为将来的作物育种计划提供依据。