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，許多植物會拉長它們的側(cè)根。激素生長素在根的形成中起重要作用。當(dāng)?shù)?yīng)充足時，足夠的生長素從枝條輸送到根部以供它們生長。“然而，如果中度缺乏氮，枝條來源的生長素不足以適應(yīng)，因此根尖的局部生長素生物合成會大大增強(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)于生長素，油菜素類固醇在這個過程中也有重要作用。在輕度氮缺乏的情況下，它們會在更大程度上合成，并作為促進(jìn)生長的信號傳遞。“反過來，該信號對于誘導(dǎo)根中的兩個基因 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)生長素的形成。最終，側(cè)根的伸長率以這種方式增加。”
“在我們的研究中，我們因此發(fā)現(xiàn)了一個激素調(diào)節(jié)模塊。新的是我們可以按等級順序排列激素，即油菜素類固醇在這個過程中位于生長素的上游，”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還發(fā)現(xiàn)了 YUCCA 基因的等位基因變異。“這些與這樣一個事實有關(guān)，即在輕度缺氮條件下生長時，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)根伸長率。”
下一個挑戰(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)計我們基因庫中大麥或小麥種質(zhì)的各個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量其內(nèi)部氮營養(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過程中發(fā)揮作用的問題。
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