Cell子刊：生长素信号通路控制根毛形成对氮的吸收

根毛是一种低成本的提高养分吸收的策略，因为它们可以显著增加植物根系的养分获取表面。当植物在轻度缺氮条件下生长时，主根和侧根会被刺激伸长，但这种对根毛的觅食反应的存在及其潜在的调控机制尚不清楚。现在，由IPK莱布尼茨研究所领导的一个国际研究小组揭示了一个由特定分子参与者组成的框架，这些分子参与者冥想生长素的合成、运输和信号传导，从而触发根毛伸长以获取氮。研究结果发表在《当代生物学》杂志上。

　　

植物进化出了多种适应策略，以优化对光和土壤资源的探索。最突出的适应性反应之一是根系的发育可塑性，这使植物能够有效地觅食在空间和时间上波动的养分池。根毛是决定根系活性的重要组成部分，是促进水分和养分获取的重要形态特征。根毛是表皮细胞的延伸，可以有效地扩大根的表面积，促进土壤对水分和养分的探索。根毛发育始于细胞命运规范，它决定了表皮细胞是成为成毛细胞(毛原细胞)还是无毛细胞(无毛原细胞)。

IPK莱布尼茨研究所“生理和细胞生物学”系主任Nicolaus von wir 博士解释说，“在我们的研究中，我们首先表明，氮缺乏强烈刺激模式物种拟南芥的根毛伸长，这种反应对低氮条件下的植物适应性至关重要，然后我们整合转录组学、分子遗传学和细胞生物学方法，确定低氮诱导的根毛伸长建立在一个空间协调的生长素信号级联上，该信号级联通过表皮转录模块RHD6-LRL3进入根毛发育程序。” 

信号级联包括三个阶段。低氮通过上调TAA1和YUCCA8酶，增加了根尖生长素的积累(步骤1，合成)。然后生长素通过转运蛋白AUX1和PIN2被引导到根毛分化区(第2步，运输)。生长素到达后，激活转录因子ARF6和ARF8，促进转录模块RHD6-LRL3, RHD6-LRL3局限于表皮，在低氮条件下控制根毛伸长)。

“总的来说，我们的研究结果表明，根毛伸长代表了一种额外的系统诱导的觅食反应策略，以探索土壤中的氮，随着氮缺乏变得更加严重，这种反应更具相关性，”该研究的第一作者Zhongtao Jia博士说。“这些发现为我们对低营养环境下根系觅食反应的理解增加了一个新的特征，并扩展了植物根系中激素调节的营养感知的机制框架。”

由于更丰富和更长的根毛是植物使根系与土壤养分接触的一种低成本策略，因此了解根毛的发育如何受到氮的调节，为开发具有更高氮吸收效率的作物提供了新的育种目标。