【PNAS 】突破！研究揭示盐胁迫调控植物根毛发育的分子机制

盐胁迫严重阻碍了植物的生长发育以及农作物的产量。面对复杂多变的盐胁迫，植物必须主动调控生长发育，以适应逆境环境。根毛是植物根系的重要组成部分，在扩大植物根系与土壤的接触面积、增加养分和水分的吸收等方面发挥重要作用。由于根毛的发育和形态受环境很大影响，因此根毛被认为是环境信号的“整合器”，但盐胁迫下植物通过调控根毛的生长发育来平衡维持生长与盐胁迫响应的机制尚不清楚。

近日，我院郭岩教授团队在PNAS杂志上发表了题为Phosphorylation of RhoGDI1, a Rho GDP dissociation inhibitor, regulates root hair development in Arabidopsis under salt stress的研究论文。该研究发现，盐胁迫下根毛的生长发育受到调控。植物经典抗盐通路SOS途径中的关键激酶SOS2能够磷酸化根毛生长调控因子RhoGDI1，从而调控RhoGDI1的稳定性和ROP2的活性。SOS2-RhoGDI1-ROP2模块确保根毛生长发育被适当调节，使植物获得一定抵御盐胁迫的能力。

SOS信号途径被盐特异地激活，且在不同程度盐胁迫下，蛋白激酶SOS2的活性随之发生变化。盐胁迫下，sos2突变体根毛无法正常发育，其起始以及延伸阶段均受到抑制。磷酸化组学筛选发现了RhoGDI1是SOS2的潜在底物。后续实验发现，SOS2磷酸化RhoGDI1并与其互作，盐胁迫下SOS2能够调控RhoGDI1的稳定性使其发生降解，解除了RhoGDI1对ROP2的抑制作用从而激活ROP2，使ROP2正确定位在根毛起始位点，起始根毛的发育和生长，这在一定程度上有利于植物抵御盐胁迫。模拟磷酸化的RhoGDI1能够恢复sos2突变体中ROP2极性定位以及异常的根毛发育表型，在遗传上进一步证明了SOS2对RhoGDI1的调控关系。

综上所述，该研究揭示了盐胁迫下，植物通过SOS2-RhoGDI1-ROP2模块精细地调控了根毛的生长发育状态，使植物获得一定抵御盐胁迫的能力。这一发现说明了SOS2在盐胁迫下能够通过多种方式参与植物响应盐胁迫的过程，体现了植物在不同程度的盐胁迫下如何适应环境，在抵御盐胁迫与维持生长之间达到平衡，更为进一步耐盐作物的改良奠定了基础。

工作模型：盐胁迫下蛋白激酶SOS2的活性被激活，磷酸化根毛生长调控因子RhoGDI1。被磷酸化的RhoGDI1发生降解，同时减弱了与下游蛋白ROP2的相互作用，有利于提高ROP2的活性，控制根毛在盐胁迫下的生长，有助于植物适应盐胁迫。

中国农大郭岩教授为本文通讯作者，刘香凝博士为本文第一作者，我院傅缨教授参与了该研究工作，该研究得到了国家自然科学基金项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2217957120

转自：“iPlants”微信公众号

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