PNAS | 乙烯通过ABA和生长素介导的机制抑制板结土壤中水稻根系伸长

集约化农业和不断变化的耕作方式导致土壤变得越来越紧实，土壤板结是现代农业面临的一项重大挑战。土壤板结会抑制根系渗透，减少水分和养分的吸收从而导致减产。减轻土壤板结对作物生产力影响的努力包括减少耕作、控制交通耕作和底土管理。然而，这些方法可能耗时、成本高，且对较深的土壤剖面无效。

2022年7月18日，PNAS在线发表一篇题为“Ethylene inhibits rice root elongation in compacted soil via ABA- and auxin-mediated mechanisms”的研究论文。作者揭示了激素信号生长素和脱落酸 (ABA) 及其生物合成途径在水稻根系生长对土壤板结反应过程中作为乙烯反应途径的调节靶点的关键作用，乙烯使用生长素和 ABA 作为下游信号来改变水稻根细胞伸长和径向扩张，导致根尖膨胀并降低其穿透压实土壤的能力。

作者发现土壤板结诱导 ABA 生物合成基因表达和激素水平。用乙烯或 ABA 处理野生型和乙烯不敏感突变体发现ABA 可以触发皮层细胞径向扩张，并且该信号作用于乙烯通路的下游，调节根系生长以响应土壤压实。

作者证实ABA 促进土壤板结条件下的根径向扩张，并且可以减少根系渗透。作者实验发现生长素作用于乙烯下游，在土壤压实过程中介导对根伸长的抑制。为了确定乙烯在土壤压实胁迫期间如何上调生长素，作者对主要乙烯反应途径的生长素相关靶点进行了功能检测。乙烯反应转录因子 OsEIL1 已被证明直接结合生长素生物合成基因OsYUC8的启动子以调节乙烯介导的根伸长。拟南芥生长素内流载体AtAUX1通过促进生长素从根尖运输到伸长区，在乙烯介导的根系伸长抑制中发挥关键作用。作者测量了在板结和非板结土壤中生长的野生型和osaux1突变体根的表皮细胞长度。当在板结土壤中生长时，野生型根的表皮细胞长度显着减少，而osaux1-1和 osaux1-3系在压实处理之间的差异要小得多。结果说明OsAUX1 依赖的根压实反应与增加向伸长区的表皮细胞的生长素转运、抑制细胞并因此抑制根伸长有关。

本研究提供了关于水稻根系如何通过乙烯介导的上调生长素和 ABA 生物合成和运动来适应土壤压实的机制见解。乙烯协同诱导生长素和ABA的生物合成，调节水稻根系在压实土壤中的伸长抑制和促进径向扩张。根在(A)非板结土壤与(B) 板结土壤中的响应示意图。紧实的土壤条件引起乙烯反应，由于限制乙烯通过更小的空气填充的土壤孔隙向外扩散。乙烯积累促进OsEIL1的激活，OsEIL1通过OsYUC8直接上调生长素的生物合成。分生组织和伸长区表皮细胞生长素反应的增强抑制了表皮细胞的伸长(从而抑制了根的伸长)。与此同时，乙烯信号转导可以(间接)促进维管组织中ABA的生物合成，从而导致根皮层细胞的径向扩张，从而也有助于抑制紧实土壤条件下的根伸长。

原文链接:

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201072119

转自：植物生物技术Pbj

如有侵权，请联系本站删除！