赤霉素信号介导钾离子缺乏条件下侧根的发育

BioArt植物 · 公众号 · · 2021-01-19 13:58

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责编 | 王一

钾离子是植物生长发育过程中必需的大量营养元素之一，可以占到植物干重的2-10%。钾离子在植物光合作用、蛋白合成以及碳同化产物运输等过程中发挥功能，并且在植物对生物及非生物胁迫响应中起到关键作用【1】。然而，在实际生产中，由于钾肥价格偏高，人们经常忽视钾肥的投入，从而导致植物处于生理缺钾状态并造成作物减产。之前研究表明，缺钾会导致植物侧根（LR）的启动和发育受到抑制，并且这种表型可能与内源生长素的变化有关【2】，但是目前尚不清楚钾离子调控根系结构建成的激素调控机制。

近日，英国Durham University 的 Keith Lindsey 研究组在 Plant Physiology 在线发表了题为 Gibberellin signalling mediates lateral root inhibition in response to K+-deprivation 的研究论文，揭示了赤霉素信号在钾素缺乏条件下介导侧根发育的作用机制。

该研究发现，缺钾条件下，拟南芥侧根原基启动，但是侧根伸长受到抑制。这种表型主要是通过抑制分生组织中的细胞分裂导致的，并且生长素合成相关基因的表达水平在缺钾条件下显著下调，这表明生长素激素信号转导在该过程中发挥作用。然而，生长素不是唯一发挥调控作用的激素，该研究发现赤霉素（GA）稳态也受到钾离子调节，并且外源施用GA （非生长素或乙烯）可以部分恢复缺钾状态下的侧根发育。

DELLA蛋白可以通过抑制细胞增殖和扩增影响植物发育，该研究结果发现缺钾条件下GA信号传导减弱，从而导致DELLA相对稳定进而影响侧根发育。此外，在GA和DELLA调控中发挥作用的JUB1 （JUNGBRUNNEN1）和CBF1 （C-rEPEAT-BINDING FACTOR）转录因子在缺钾条件下被显著上调。进一步的功能验证发现，JUB1和CBF1的过表达会加剧缺钾条件下的侧根抑制，而CBF1靶基因SFR6突变会缓解侧根抑制表型，表明JUB1、CBF1和SFR6可以通过DELLA调控缺钾条件下的侧根生长。