[科研进展] 陈坤明教授团队在水稻生长素极性运输调控根向地性和ABA信号通路方面取得进展

近日，我院陈坤明教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Characterization of wavy root 1, an agravitropism allele, reveals the functions of OsPIN2 in fine regulation of auxin transport and distribution and in ABA biosynthesis and response in rice (Oryza sativa L.)”的研究论文。该研究报道了生长素转运蛋白OsPIN2通过精细调控根尖生长素转运和极性运输从而控制根向地性感知，并通过作用于ABA信号途径影响种子萌发和根的生长发育等过程。

作物根系构型直接影响根的固着、支撑、吸收和转运等多方面功能。根系构型受到重力的不断影响。根系如何感知重力并调控其伸长方向——根向地性生长机制是植物科学研究中的一个重要基础问题，并对作物根系遗传改良具有理论研究意义。在模式植物拟南芥中大量研究表明——生长素极性运输对根向地性感知发挥重要调控作用。然而，在绝大多数作物中，根向地性生长的分子调控机制还有待阐明。研究者从水稻93-11中鉴定到一个无向地性突变体wavy root 1 (war1)，图位克隆表明其野生型基因编码生长素转运蛋白OsPIN2。OsPIN2基因功能缺失突变导致war1突变体根丧失向地性应答，进而引起根波浪状卷曲伸长、根系角度增大及深度降低等异常表型。同野生型相比，war1突变体根尖生长素极性运输受阻，导致整个根冠尤其小柱细胞区生长素浓度异常且生长素转运和分布紊乱，并引起小柱细胞内淀粉体沉淀减少，因而根尖失去向地性感知。结果表明OsPIN2通过调控根尖生长素转运和分布以及淀粉体沉淀等生理过程，进而控制根的向地性生长。此外，研究者还发现OsPIN2参与调控ABA合成和信号应答等生理过程。OsPIN2基因功能缺失导致突变体种子萌发对外源ABA超敏感，根中ABA含量升高，ABA合成和信号转导途径中相关关键基因表达改变，以及幼苗对干旱胁迫抗性降低。研究结果进一步阐明了生长素信号调控根系向地性生长并作用于ABA途径的作用机制，为定向遗传改良水稻根系构型和非生物胁迫抗性提供了新的思路。

图1 水稻war1突变体产生根系波浪状卷曲表型

图2 水稻OsPIN2功能缺失导致war1突变体根尖生长素转运和分布紊乱

西北农林科技大学生命科学学院李文强副教授、动科学院张敏娟助理研究员和2019级博士生乔磊为该文共同第一作者，生命科学学院陈坤明教授、农学院李海峰教授和李文强副教授为共同通讯作者，浙江大学农业与生物技术学院石春海教授、西北农林科技大学崔洪昌教授也参与了该项研究。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.12.004

                                                                                                                   编辑：黄海瀛

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