Plant Physiol | 中国农科院研究团队揭示脱落酸与生长素协同调控植物根系响应外界土壤硬度的分子机制

近日，中国农业科学院生物技术研究所作物耐逆性调控与改良创新团队在Plant Physiology上在线发表了题为“Abscisic acid promotes auxin biosynthesis to inhibit primary root elongation in rice”的研究论文，揭示了ABA与生长素协同调控植物根系响应外界土壤硬度的分子机制。

随着世界人口的增长，人类对粮食的需求不断增加，大型农机具的广泛使用使得土壤硬度逐渐增大，土壤硬度增加会抑制植物根系的生长，不利于对养分和水分的吸收利用，从而抑制地上部的生长发育，最终导致减产。因此，阐明植物根系响应土壤硬度的分子机制，是培育适应不同土壤硬度作物新品种，保障粮食安全的重要前提。

前人的研究表明高硬度的土壤可通过限制植物本身产生的乙烯扩散，导致根周围乙烯的积累，从而促进根中ABA和生长素的合成，最终抑制根的生长。在本研究中，我们发现ABA作用于生长素的上游来调控水稻根系对土壤紧实度的响应。ABA抑制水稻初生根的纵向伸长，促进根的横向生长，生长素合成缺陷突变体的根对ABA的敏感性降低，进一步的研究表明ABA信号途径转录因子OsbZIP46能够直接结合到生长素合成基因OsYUC8的启动子上来激活其表达，从而阐明了ABA通过生长素调控水稻根系发育的分子机制。

基于前人的研究成果，该研究描绘了根系响应土壤紧实度的分子模型：紧实土壤导致根周围乙烯的积累，从而促进ABA在皮层细胞中的积累和生长素在表皮细胞中的积累，皮层中积累的ABA促进皮层细胞的膨大，从而促进根的横向生长，而表皮细胞中积累的生长素抑制表皮细胞的伸长，从而抑制根的伸长。皮层中积累的ABA通过OsbZIP46-OsYUC8模块促进生长素在表皮细胞中的积累，从而进一步抑制根的伸长 （图1） 。本研究丰富了植物根系响应土壤紧实度的分子途径，为未来选育钻地能力强的水稻新品种提供理论基础和有用的基因。

土壤紧实度抑制根生长的分子模型

中国农业科学院生物技术研究所秦华研究员，王娟研究员和已毕业博士生周嘉豪为该论文的共同第一作者，中国农业科学院生物技术研究所黄荣峰研究员和秦华研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac586