Nature Commun | 安徽农业大学韩毅课题组/南京农业大学宣伟课题组合作揭示植物根冠介导根系避盐性的机制

盐胁迫严重阻碍了植物的生长发育以及农作物的产量。面对日益恶化的土壤盐胁迫，植物能够主动调控生长发育以适应逆境环境。根系是植物最先受到土壤中盐胁迫影响的器官，植物可以通过改变根系生长方向以减少暴露在高盐环境中的行为称为避盐性 (Halotropism)。根系避盐性可以被经典的乔罗尼–文特模型（Cholodny-Went model）所解释，即植物激素生长素从根尖的近盐侧转移到远盐侧，导致生长素分布不对称和根系弯曲从而躲避盐胁迫。位于根尖分生组织干细胞周围的根冠是生长素转运发生的重要场所，同时也在感知养分和环境因子以及根系发育中发挥着重要的作用。然而，根冠是否介导根的避盐性以及相关的调控基因尚不清楚。

近日，安徽农业大学韩毅教授课题组和南京农业大学宣伟教授课题组联合在Nature Communications杂志在线发表了题为A root cap-localized NAC transcription factor controls root halotropic response to salt stress in Arabidopsis的研究论文，新鉴定了一个根冠特异表达的NAC转录因子SMB，通过调控生长素运输蛋白AUX1的表达和生长素在侧根冠中的分布来控制根系避盐性。

研究首先通过盐浓度梯度实验从拟南芥T-DNA突变体库中鉴定到根系避盐性缺陷的突变体，并验证其突变基因为NAC转录因子SMB。通过一系列生理生化试验发现，突变体不影响Na+离子的吸收且SMB表达模式不受盐胁迫调控；通过生长素报告基因材料与特异性生长素诱导材料并结合生长素处理发现，SMB突变会导致侧根冠生长素信号强度降低且无法形成不对称分布；结合ChIP-PCR、酵母单杂与定量分析发现SMB 直接调控AUX1基因表达以影响生长素动态流动从而促进避盐性反应。此外，研究还表明根尖的淀粉合成途径也调控根系避盐性，但并不参与 SMB 对根系避盐性的调控。值得注意的是，尽管SMB在侧根冠的表达不受盐梯度不对称诱导，但它对于AUX1基因在侧根冠的基础表达和生长素的不对称分布的形成是必需的。

SMB调控根避盐性模式图

综上所述，该研究揭示了SMB-AUX1-auxin信号模块调控根系避盐性的分子机制，阐明了植物根冠信号感知盐胁迫的存在并诱导生长素流动形成不对称分布以响应盐胁迫的分子机制，对于提高植物的耐盐性具有重要的理论指导意义。

安徽农业大学生命科学学院韩毅教授和南京农业大学资源与环境科学学院宣伟教授为该论文共同通讯作者，南京农业大学资源与环境科学学院博士生郑路路为第一作者，三峡大学胡永峰副教授、江苏省农业科学院戚维聪副研究员、吕远大研究员、比利时根特大学VIB植物系统生物学研究中心Tom Beeckman教授参与了课题。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和三亚“崖州湾”菁英人才科技专项、安徽省自然科学基金、安徽农业大学人才启动基金和中央高校基本科研业务费的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-46482-7