植物如何“排盐”?

时间:2022年11月4日
来源:Developmental Cell

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为了避免土壤中的盐分,植物可以改变根系方向,远离盐碱地生长。哥本哈根大学的研究人员帮助找到了这一可能的原因。这一发现改变了我们对植物如何改变其形状和生长方向的认识,并可能有助于缓解日益严重的全球农田土壤盐分过高问题。

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GIF - The root epidermal cells of the twisting roots    

扭转根的根表皮细胞    


为了避免土壤中的盐分,植物可以改变根系方向,远离盐碱地生长。哥本哈根大学的研究人员帮助找到了这一可能的原因。这一发现改变了我们对植物如何改变其形状和生长方向的认识,并可能有助于缓解日益严重的全球农田土壤盐分过高问题。

 

虽然在超咸的死海中泡个澡可能是对人的灵魂和身体的一种安慰,但大多数植物和盐的关系却是完全相反的。植物竭尽所能地避开盐分——因为盐分会损害甚至窒息它们。不幸的是,农业用地中的盐分是一个加速发展的全球问题,部分原因是气候变化,每当洪水席卷沿海地区时,土壤的含盐量就会增加。这通常会降低作物产量。

“世界需要更耐盐的作物。哥本哈根大学植物与环境科学系的Staffan Persson教授解释说:“如果我们要开发出更耐盐的植物,首先要了解它们对盐的反应机制。为了避免土壤中的盐分,植物可以让它们的根远离盐碱地。这是一个至关重要的机制。到目前为止,尚不清楚他们是如何做到这一点的。”

Persson与一群外国研究同事一起,发现了植物根部远离盐时在细胞和分子水平上发生的确切情况。

压力荷尔蒙开始发挥作用

研究小组发现,当植物感知到当地的盐浓度时,植物体内的应激激素ABA(脱落酸)就会被激活。这种激素会启动一种反应机制。“这种植物有一种由盐触发的应激激素。这种激素导致细胞中微小的蛋白质管重组,称为细胞骨架。这种重组会导致根细胞周围的纤维素纤维进行类似的重组,迫使根以一种远离盐的方式扭曲生长,”Persson教授解释说。

改变了人们对植物如何改变形状的理解

应激激素所起的主导作用使研究人员对这一发现感到惊讶。到目前为止,人们认为生长素激素控制着植物在各种环境影响下改变方向的能力(被称为向性)。

“应激激素ABA对植物重组细胞壁、改变生长形状和方向至关重要,这是全新的发现。这将为植物研究开辟新的途径,人们将更加关注激素在植物通过改变运动来应对各种条件的能力中所发挥的重要作用,”Staffan Persson说。

通过突变一种蛋白质中的一个氨基酸,该蛋白质驱动根的扭曲,研究人员能够逆转这种扭曲,使植物无法远离盐生长。

Persson认为,新知识应用于农业还需要一段时间——尤其是因为转基因生物在欧盟仍然是被禁止的。然而,这一结果可能为开发更多耐盐作物品种开辟道路。

“当植物感受到盐时,它们会产生更多的应激激素。不难想象,如果你能通过改变细胞骨架的其他方面来加快植物对压力的反应,你可能就能让它的根扭转发生得更快。通过这种方式,我们可以通过减少植物对盐的暴露来增强它们的营养,”Persson教授说。

Root twisting drives halotropism via stress-induced microtubule reorientation

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