你了解植物的根吗？水稻侧根发育的分子基础

　　

   

   

S型和L型侧根发育的调控机制，QHB/OsWOX5和OsWOX10在控制水稻各原基大小方面起相反作用。

水稻植株通常发育两种类型的侧根，从主根产生:短而细的s型;或长而厚的l型。它们表型的差异赋予了不同的能力:l型侧根系统更适合在干旱或渗透胁迫条件下吸收水分。侧根系统的类型取决于其根原基期(或其早期发展阶段的根组织)的直径。然而，这些原基大小差异的分子基础尚不清楚。

水稻植物改变其根系以适应周围土壤水分条件的能力是表现型可塑性现象的一个很好的例子。然而，这背后的确切机制仍然是未知的。现在，一个由日本、澳大利亚和菲律宾研究人员组成的国际合作团队确定了两个WUSCHEL相关同源框(WOX)基因在控制侧根根原基大小中的作用。

在发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项新研究中，来自名古屋大学(Nagoya University)的Tsubasa Kawai、Akira Yamauchi和Yoshiaki Inukai等研究人员试图更好地了解影响水稻侧根原基大小的遗传因素。在谈到他们研究的重要性时，Yamauchi教授表示:“由于由原始根大小决定的侧根类型是水稻在多变的水环境下生长和维持的一个重要表型性状，我们的研究为通过塑料根的发育提高水稻植株对环境胁迫的适应力提供了重要的见解。”

该团队进行了一系列根尖切除实验，涉及胚根(胚胎根的一种类型，也称为主根)。他们发现，与野生型植物相比，在具有s型根基因缺陷的突变植物中，根尖切除导致了更多的l型根。遗传分析表明，QHB/OsWOX5基因是造成这一现象的主要原因。

进一步的分析使研究人员发现，WOX蛋白家族的基因OsWOX10在l型根中过表达。研究人员确定，OsWOX10的过表达增加了l型根的直径，该基因的突变影响了l型侧根的厚度，表明其在调节l型根发育中的作用。它的表达与QHB的活性呈负相关，QHB的突变导致WT菌株中l型LR的增加。

基于这些结果，他们得出结论，侧根的原始大小确实受到WOX家族的两个重要基因QHB和OsWOX10的影响，这两个基因被发现具有相反的调节作用。

Inukai教授对这一发现的潜在应用前景充满希望，他补充道:“提高根系表型可塑性是提高作物产量、提高水分获取效率的关键。我们的发现可能会导致前所未有的耐旱水稻品种的开发，并有助于为世界上不断增长的人口确保可持续的水稻生产。”

 

"WUSCHEL-related homeobox family genes in rice control lateral root primordium size" was published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences on January 4, 2022, at DOI: 10.1073/pnas.2101846119.