浙江大学博士后发表《Nature Communications》

近日，浙江大学生命科学学院毛传澡课题组在Nature Communications上在线发表了题为“A root system architecture regulator modulates OsPIN2 polar localization in rice”的研究论文，该研究克隆了水稻根构型重要调控因子OsGLS1，揭示了OsGLS1调控生长素转运体OsPIN2极性分布的新机制，阐明了OsGLS1调控水稻根构型和养分吸收效率的分子机理，为作物养分高效的根系遗传改良提供了理论基础和基因资源。

良好的根系构型对于作物高效吸收养分和高产至关重要。但作物根系构型的分子调控机制尚不清楚。毛传澡课组通过图位克隆方法克隆并鉴定了水稻根构型的关键调控基因OsGLS1，并利用反向遗传学和分子生物学手段研究了OsGLS1调控水稻根构型的分子生理机制。OsGLS1主要在水稻幼苗期的根外侧细胞和成熟期的茎节及叶中表达，该基因突变体根生长角度增大、主根长度变长和不定根数目增多，在田间具有更高的养分吸收能力和单株产量；

植物激素生长素在根尖和根外侧细胞的极性分布是决定根构型的重要因素，OsPIN2在根冠和根表皮细胞中的生长素极性运输中起主要作用。该课题组研究发现pin2 gls1双突变体的表型与gls1和pin2单突变体的根系表型一致，说明OsGLS1和OsPIN2在调控水稻根生长角度过程中位于于同一条遗传途径。OsGLS1编码Ring finger类型的E3泛素连接酶，进一步揭示OsGLS1依赖于Ser30的磷酸化修饰而极性定位于根外层细胞靠向根尖一侧的细胞质膜，并发现OsGLS1能直接与OsPIN2互作，并通过26S蛋白酶体降解同侧细胞质膜上的OsPIN2，从而建立典型的顶端质膜定位的OsPIN2定位模式，促成生长素极性分布，最终形成根构型。与野生型相比，在gls1根中OsPIN2的极性定位模式消失（图1），根尖生长素的极性定位模式改变，从而产生更大的根生长角度。

图1 ：OsPIN2在gls1突变体中定位模式发生改变

综上，该研究挖掘了根构型的重要调控基因，揭示了PIN2蛋白极性定位的新机制（图2），并明确了根构型改良提高养分吸收效率的基因靶点，为作物养分吸收效率的遗传改良提供了理论基础和遗传材料。

图2：OsGLS1调控OsPIN2极性分布进而调控水稻根构型和养分吸收效率的工作模型

毛传澡教授课题组博士后李勇和任美燕为该论文共同第一作者，毛传澡教授为通讯作者。英国诺丁汉特伦特大学陆春贵教授、浙江大学郑绍建教授、莫肖蓉教授、吴忠长教授、徐纪明博士、刘于博士及吴运荣实验师等也参与了该项工作。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中央高校基本科研业务费等项目的资助。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55324-5

来源：浙江大学生命科学学院