植物能夠使根部結(jié)構(gòu)適應(yīng)土壤變化是至關(guān)重要的。如果稍微缺乏氮，許多植物會(huì)拉長(zhǎng)它們的側(cè)根。激素生長(zhǎng)素在根的形成中起重要作用。當(dāng)?shù)?yīng)充足時(shí)，足夠的生長(zhǎng)素從枝條輸送到根部以供它們生長(zhǎng)。“然而，如果中度缺乏氮，枝條來源的生長(zhǎng)素不足以適應(yīng)，因此根尖的局部生長(zhǎng)素生物合成會(huì)大大增強(qiáng)，”該系主任 Nicolaus von Wirén 教授解釋說。 IPK 萊布尼茨研究所的生理學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)。
但這不僅僅是關(guān)于生長(zhǎng)素，油菜素類固醇在這個(gè)過程中也有重要作用。在輕度氮缺乏的情況下，它們會(huì)在更大程度上合成，并作為促進(jìn)生長(zhǎng)的信號(hào)傳遞。“反過來，該信號(hào)對(duì)于誘導(dǎo)根中的兩個(gè)基因 TAA1 和 YUCCA8 是必要的，”該研究的第一作者賈中濤博士解釋說。“因此，根據(jù)各自的氮需求控制和調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素的形成。最終，側(cè)根的伸長(zhǎng)率以這種方式增加。”
“在我們的研究中，我們因此發(fā)現(xiàn)了一個(gè)激素調(diào)節(jié)模塊。新的是我們可以按等級(jí)順序排列激素，即油菜素類固醇在這個(gè)過程中位于生長(zhǎng)素的上游，”Nicolaus von Wirén 教授說。但不僅如此：IPK 科學(xué)家在研究模式植物擬南芥時(shí)還發(fā)現(xiàn)了 YUCCA 基因的等位基因變異。“這些與這樣一個(gè)事實(shí)有關(guān)，即在輕度缺氮條件下生長(zhǎng)時(shí)，某些天然種質(zhì)(某些地理起源的系)顯示出比其他種質(zhì)更強(qiáng)的側(cè)根伸長(zhǎng)率。”
下一個(gè)挑戰(zhàn)是將這些發(fā)現(xiàn)用于作物植物的進(jìn)一步遺傳改良——例如通過開發(fā)遺傳標(biāo)記或使用 CRISPR/Cas 技術(shù)進(jìn)行基因編輯。“我們還預(yù)計(jì)我們基因庫中大麥或小麥種質(zhì)的各個(gè)品系之間存在這種差異，”Nicolaus von Wirén 博士教授說。此外，IPK 研究人員希望研究植物如何測(cè)量其內(nèi)部氮營(yíng)養(yǎng)狀況以及哪些因素可能在油菜素類固醇發(fā)揮作用之前在根伸長(zhǎng)過程中發(fā)揮作用的問題。
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