Nature Plants:侧根早期发育的可塑性，响应不对称分布的水分环境

来源：BioArt植物

根系是植物吸收水分和营养、固定和支撑植株的最主要的器官，同时根系又直接响应土壤环境中的水分、养分以及机械阻力的变化。根系生长的土壤环境较为复杂，其中有富含养分的区域、也有空隙和砂石等其他多种基质，因此土壤环境中的湿度分布也具有很大的差异。根系从不同基质中高效地吸收水分和营养的能力依赖于其根系的结构，以及其对可利用的水分和养分资源的适应能力【1】。例如，植物在富含养分的区域会产生侧根，而在缺水的区域会减少分支【2】。植物的主根在接触水分的一侧会形成侧根，这种机制称之为向水生根模式 (hydropattering)【3】。

2020年2月3日，来自英国诺丁汉大学、德国法兰克福-歌德大学及海德堡大学的研究人员在植物学顶级期刊Nature plants上在线发表了题为Early developmental plasticity of lateral roots in response to asymmetric water availability 的文章，揭示了拟南芥侧根在不均一的水分环境中的发育可塑性，阐述了外部水分条件如何调控侧根的产生和形态。

在该研究中，研究人员通过激光层照荧光显微技术(Light-sheet fluorescence microscopy, LSFM)对处于不同湿度条件下的拟南芥根系进行三维成像，研究了拟南芥维管的几何形态影响侧根原基位置对于不同湿度条件的响应。研究发现，侧根原基起始位点不会受到湿度梯度的影响，但是侧根形成的夹角中有80%的夹角小于90°并且朝向水势较高的方向。随后的研究也发现侧根生长角度具有高度的可塑性，并且会控制根的发育偏向于外部含有可利用水分的方向。而在湿度条件均一的环境中，侧根生长角度与木质部极轴的方向不会发生偏离。此外，研究还表明所有类型的中柱鞘细胞在不同发育阶段对侧根形态具有非常重要的作用。

图. 拟南芥根系分支受根在培养基中位置的影响

该研究报道了拟南芥根系发育早期阶段侧根形成的径向位置受水分条件的影响，新的侧根原基在起始阶段具有较高的可塑性，具有趋向于可利用水分生长角度的发育特性。本文的通讯作者之一为英国诺丁汉大学的Malcolm Bennett教授，值得注意的是，Malcolm Bennett教授团队2018年12月在Science上曾发表题为Root branching toward water involves posttranslational modification of transcription factor ARF7的研究论文，揭示了拟南芥侧根在土壤中向水生长的分子机制 （点击查看此前的报道：Science | 向水而生：植物侧根发育调控机制研究获重要进展）【4】。

参考文献：

1. Morris, E. C. et al. Shaping 3D root system architecture. Curr. Biol. 27, R919–R930 (2017).

2. Orman-Ligeza, B. et al. The xerobranching response represses lateral root formation when roots are not in contact with water. Curr. Biol. 28, 3165–3173 (2018).

3. Bao, Y. et al. Plant roots use a patterning mechanism to position lateral root branches toward available water. Proc. Natl Acad. Sci. USA 111, 9319–9324 (2014).

4. Orosa-Puente, B. et al. Root branching toward water involves posttranslational modification of transcription factor ARF7. Science 362, 1407–1410 (2018).

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-019-0580-z