在植物硼营养机制研究方面取得新进展
植物激素在植物生长发育、抵抗生物和非生物胁迫中发挥着重要的调控作用。近日，华中农业大学植物营养生物学团队研究揭示了油菜素甾醇（BRs）和茉莉酸（JA）参与植物响应缺硼胁迫的分子调控机制。
油菜素甾醇（brassinosteroids,BRs）是一类多羟基的甾醇类植物激素，因首先从油菜花粉中发现提取而得名，广泛分布在植物的根、茎、叶片、花、种子和幼嫩的生长组织中，调控植物的生长发育。植物缺硼会严重抑制主根的生长，该团队通过研究分析拟南芥响应缺硼和BR的RNA-seq结果，发现两者共表达的基因数高达45.9%（图1c），且这些共表达的基因大部分呈现相反的表达趋势。与野生型相比，BR的受体突变体bri1-和bri1-表现出对低硼胁迫不敏感，而BR信号增强突变体bes1-D对缺硼胁迫则表现出显著高的抗性（图1a）。此外，外源添加24-表油菜素内酯（eBL）能显著缓解根的生长抑制（图1b），而添加BR合成抑制剂BRZ会加重根生长的抑制，且缺硼减少了BES1的核信号，但在缺硼条件下添加eBL则能增加BES1的核信号。进一步研究发现缺硼通过抑制BR合成基因BR6ox1和BR6ox2的表达而减少了油菜素内酯（BL）的合成（图1d）。
▲油菜素甾醇（BR）参与拟南芥缺硼胁迫的反应
茉莉酸（JA）是调节植物生长发育、抵御逆境胁迫的一种植物激素。植物营养生物学团队研究发现缺硼条件下拟南芥地上部和根中积累JA达到正常硼条件下的7.9倍和2.8倍，生长受严重抑制，外源添加JA合成抑制剂DIECA则可以缓解缺硼对生长的抑制。团队进一步鉴定到一个缺硼诱导的乙烯转录因子ERF，通过作用于JA合成基因AOCs的启动子区域，上调了JA合成基因的表达，使JA合成增多。在茉莉酸氨基酸结合酶JAR1的作用下，增多的JA进一步转变为有生物活性形式的茉莉酸-异亮氨酸JA-Ile。JA-Ile与受体复合物SCFCOI1结合激活JA下游信号，参与缺硼对拟南芥生长的抑制。同时，研究发现缺硼上调了乙烯（ET）合成基因的表达，使ET积累，并负调主根生长。JA通过抑制jar1-1突变体中乙烯信号转录因子EIN3的蛋白水平，从而实现JA与ET协同作用于缺硼对主根生长的抑制。JA并不直接调控硼的吸收转运，而是通过影响缺硼时根系构型而影响硼的吸收。
团队成员汪社亮副研究员、王创研究员，丁广大副教授，蔡红梅副教授和石磊教授等参与了研究工作。
Brassinosteroids(BRs)arepivotalphytohormonesinvolvedindominatingrootdevelopment.Boron(B)isanessentialmicronutrientforplants,androotgrowthisrapidlyinhibitedunderB‐deficiencyconditions.However,themechanismsunderlyingthisinhibitionarestillunclear.Here,weidentifiedBR‐relatedprocessesunderlyingBdeficiencyatthephysiological,genetic,molecular/cellbiologicalandtranscriptomiclevelsandfoundstrongevidencethatBdeficiencycanaffectBRbiosynthesisandsignalling,therebyalteringrootgrowth.RNAsequencinganalysisrevealedstrongco‐regulationbetweenBR‐regulatedgenesandBdeficiency‐responsivegenes.WefoundthattheBRreceptormutantsbri1‐andbri1‐weremoreinsensitivetodecreasedBsupply,andthegain‐offunctionmutantsbes1‐DandpBZR1‐bzr1‐Dlinesexhibitedinsensitivitytolow‐Bstress.UnderB‐deficiencyconditions,exogenous24‐epibrassinolide(eBL)rescuedtheinhibitionofrootgrowth,andapplicationoftheBRbiosynthesisinhibitorBRZexacerbatedthisinhibitoryeffect.Thenuclear‐localizedsignalofBES1wasreducedunderlow‐Bconditions