南京土壤所在铵影响拟南芥主根向地性研究中获进展

南京土壤研究所,2013-08-15

根系构型对于植物适应不同水分养分及土壤物理结构的生长环境至关重要。根长，侧根数量与根的向地性是决定植物根系空间构型的主要因素。铵作为主要的土壤环境因子之一，对植物根系伸长与侧根形成的调控机制已有广泛研究，但其对根系向地性的影响却少有报道。

中国科学院南京土壤研究所施卫明课题组研究发现铵离子对根的向地性有双重效应，适量的铵促进向地性，而过量铵减弱主根向地性。然而铵的这种对向地性的减弱作用与对根系伸长的抑制作用机制明显不同。外源添加钾可以部分缓解高铵对主根伸长的抑制，却不能改善高铵对主根向地性的影响；可能与主根向地性反应过程中根尖生长素侧向浓度梯度分配与响应时间有关（Zou et al.，2012,10，3777–3788，Journal of Experimental Botany, IF 5.242）。

为了深入研究高铵对根系向地性的调控机制，该课题组应用拟南芥T-DNA突变体库筛选获得一株主根向地性高铵敏感突变体gsa-1(gravitropism sensitive to ammonium-1)。在高铵胁迫条件下，该突变体主根表现出较野生型更为明显的负向地性。基因克隆和互补结果表明，gsa-1是ARG1（根尖重力信号转导过程中蛋白）基因内含子保守剪接位点G突变导致的结果。高铵能诱导GSA-1/ARG1基因表达增强。放射性同位素3[H]IAA试验结果表明，gsa-1突变体生长素由顶向基运输减少。分析生长素内流和外流运输载体蛋白（AUX1和PIN2）在根尖侧根帽细胞表达水平发现，AUX1-GFP在gsa-1突变体表达严重下降，而PIN2-GFP不明显。然而，高铵能强烈抑制PIN2-GFP在根尖的表达。因此，该研究假定PIN2可能是高铵减弱根系向地性一个重要作用目标，而这一过程受到GSA-1/ARG1介导的生长素运输途径的拮抗作用。通过构建gsa-1/aux1和gsa-1/pin2的双突变体验证了这一推论，即当GSA-1/ARG1与PIN2同时功能缺失时，明显加重各自突变对根系向地性的影响。根系向地性对高铵胁迫响应的这一新分子调控途径也为研究根系向地性适应其它环境胁迫具有一定借鉴作用。

该成果在线发表在国际植物学期刊New Phytologist (IF: 6.736, doi: 10.1111/nph.12365 ) 上。