在缺氮条件下 油菜素类固醇信号如何使根长得更长

作为固着生物,植物依赖于它们根据不断变化的营养条件适应其根的发育和生长的能力。已知由在低氮条件下生长的植物展示的一种这样的响应是探测周围土壤的初生和侧根的伸长。这种对缺乏必需元素氮的适应特别令人感兴趣,因为它反映了“觅食策略”,根系可以通过这种策略从较大的土壤体积中利用养分。直到最近,这是最不了解的氮依赖性根反应。来自Gatersleben IPK的科学家现在已经确定了在低氮条件下调节根觅食的激素途径和调节这种反应强度的信号成分。

植物可利用营养素的量和形式在土壤中波动,例如依赖于土壤湿度或营养物的微生物转化过程。植物感知其营养状况的变化,并通过调整其根的生长和发育来应对这些变化。这些反应表现为根系的各个部分的分支,延伸,放置和生长方向的改变程度。氮是植物必需的矿物元素和营养素。当氮可利用率低时,植物根部通过局部扩张其侧根优先生长为富氮土壤斑块。一旦植物遇到氮缺乏,它们立即诱导觅食反应,其中根伸长以探索更大的土壤体积。这种氮依赖性根系反应的调控机制以前是未知的。来自Gatersleben IPK的研究人员现已发现,一类类固醇激素可在低氮条件下调节根部觅食,从而确定这种反应的程度。调查结果发表在自然通讯。

在这项研究中,来自N.vonWirén教授领导的研究小组“分子植物营养”的科学家评估了200种模式植物拟南芥中轻度缺氮条件下根系生长的自然变异。研究人员利用由T. Altmann教授领导的“杂种优势”小组的支持,采用全基因组关联作图,证明了BSN3,一种油菜素类固醇信号激酶,正在调节低氮条件下根伸长的程度。此外,他们证明轻度氮缺乏通过上调油菜素类固醇共受体BAK1的转录水平来激活油菜素类固醇信号传导,这增强了根细胞对油菜素类固醇的敏感性。

结果揭示了油菜素类固醇型植物激素在塑造根系中以应对营养缺乏的先前未知作用。这种新颖的见解可以更深入地了解植物对氮可利用性变化的适应性反应背后的调控,同时也为农业的实际应用提供了一个视角。

作为“植物生长的主要驱动力”,氮是农业植物生产中不可或缺的元素。但是,必须小心使用氮肥,因为土壤中过剩的氮会对环境产生不利影响,例如导致土壤酸化或水体富营养化。因此,非常需要利用土壤作为养分的作物的繁殖,因为它们可能需要较少的肥料。本研究的研究人员发现他们发现BSK3的调节作用是解决这一问题的新机会。通过利用天然存在的BSK3等位基因版本或通过精确的基因组编辑产生de-novo变体,植物育种者可以开发具有更大根系的新作物品种,