Dev Cell | 中国农大揭示盐胁迫下SOS2-PLT1/2模块维持根系分生组织活性的分子机制

日益严重的环境问题驱使植物应对多种非生物逆境胁迫。植物面临如何维持生长与抗逆之间平衡的重大问题。盐胁迫是制约植物生长的最主要的非生物胁迫之一。根系作为植物用以固着生长的地下器官，不仅帮助植物吸收水分和各种营养元素，更是植物最先感知土壤盐浓度的器官。盐胁迫直接影响根系构型，然而植物如何通过调控主根生长从而应对盐胁迫的分子机制尚不清楚。

2023年7月，中国农业大学生物学院郭岩和周文焜团队在Developmental Cell杂志在线发表题为On the salt stress, PLETHORA signaling maintains root meristems的研究论文。该研究首次发现了植物中维持根尖分生组织活性的核心转录因子PLETHORA (PLT)，参与盐胁迫响应过程。在盐胁迫下，植物经典的抗盐通路SOS途径中的关键激酶SOS2磷酸化PLT1/2，提高其蛋白稳定性，进而保持盐胁迫下分生组织的活性，用以在盐胁迫解除后帮助植物根系快速恢复生长。

该研究解析了维持根尖分生组织活性的核心转录因子PLT参与植物应对盐胁迫的分子机制。SOS信号转导通路被认为是植物特异响应和抵御盐胁迫的重要途径。当植物感受钠离子胁迫时，钙信号上升，激活钙依赖的蛋白SCaBP8/SOS3, 进一步激活蛋白激酶SOS2。SOS2能磷酸化位于质膜上的钠氢反向转运体蛋白SOS1, 促进其将钠离子排出体外，从而解除胞内钠离子毒害。在盐胁迫下，sos2突变体的主根生长受到明显抑制，其分生组织细胞分裂活性降低，生长受阻。进一步检测发现，sos2突变体中PLT1/2的转录水平在盐胁迫下并没有明显变化，但是PLT1/2蛋白水平有显著降低，说明SOS2参与了PLT1/2转录后调控过程。SOS2能与PLT1/2相互作用，且磷酸化PLT1/2以稳定其蛋白。体内实验发现，更加稳定状态（磷酸化）的PLT1/2蛋白能恢复sos2突变体分生区变短和主根生长的缺陷，且PLT1与PLT2呈现加和效应。在盐胁迫下，sos2突变体分生组织中大量细胞分裂相关基因的表达水平显著下调，而稳定状态的PLT1/2能恢复sos2突变体中分生组织细胞的分裂活性。这些实验结果说明，面对盐胁迫，植物通过SOS2-PLT1/2模块调控细胞分裂以维持分生组织活性。当植物长时间处于盐胁迫下，分生组织细胞消耗殆尽之后，即使恢复到正常条件下，植物也难以恢复生长。但是只要存在一定的分生组织活性，植物生长就能得以恢复。以上结果说明，保持分生组织的活性不仅帮助维持盐胁迫下植物主根生长，而且在胁迫解除后的恢复生长过程中有重要作用。

综上所述，该研究首次证实了盐胁迫下，植物通过调用SOS2-PLT1/2模块精细调控根尖分生组织活性，维持自身生长以帮助其抵抗胁迫的过程。在胁迫条件下和恢复生长过程中，植物均需要维持分生组织的活性进行生长。本研究对植物如何调控自身生长和抵抗逆境胁迫提供了新的思路，并为作物抗盐、提高作物产量提供了理论依据。

中国农业大学生物学院郭岩教授和周文焜教授为本文通讯作者，郝蓉博士为本文第一作者，荷兰瓦赫宁根大学Ben Scheres教授，中国农业大学李景睿副教授和博士研究生罗曼卿为本文共同作者。该研究得到了国家自然科学基金项目资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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