Molecular Plant | 上海植生所晁代印团队揭示蓝光信号调节根际磷缺乏引起的主根生长抑制！

为了应对土壤中磷 (Pi) 的低可用性，植物已经进化出了一系列协调响应，例如循环内部无机磷 (Pi) 和增强从外部环境中获取磷，称为磷饥饿反应 (PSR)。最具特色的 PSR 之一是根系统结构 (RSA) 的变化。在 Pi 限制条件下，RSA 的变化包括主根 (PR) 的抑制和侧根根毛的增殖。这种 RSA 变化也可能涉及根系角度的变化，旨在促进从表层土中吸收更容易获得的 Pi。在这些形态变化中，PR 生长抑制得到了很好的研究，据报道这种抑制取决于培养基中铁的存在。

在过去的十年中，科研人员付出了很多努力来阐明 PR 生长抑制调节的分子机制，以及几个关键因子，例如，PHATE DEFICIENCY RESPONSE 2 (PDR2), LOW PHOSPHATE ROOT 1 (LPR1), ALUMINUM-ACTIVATED MALATE TRANSPORTER1 (ALMT1) 以及SENSITIVE TO PROTON RHIZOTOXICITY 1 (STOP1)已被鉴定并进行功能表征。在这些因素中，ALMT1 以苹果酸依赖性方式介导分生组织细胞质外体中的 Fe 沉积，而 STOP1 调节 ALMT1 的表达。LPR1 编码一种靶向细胞壁的亚铁氧化酶，可促进原生根伸长和分生组织区域中质外体 Fe 的积累，从而改变根尖中的 ROS 平衡。在磷缺乏条件下，STOP1、ALMT1 和 LPR1 共同介导质外体 Fe 和 ROS 改变，导致根尖分生组织 (RAM) 耗竭、胼胝质沉积和 PR 生长抑制。LPR2 是拟南芥中 LPR1 的近旁同源物，也可作为亚铁氧化物酶，但与 LPR1 相比，在缺磷诱导的 PR 抑制中的作用较小。

2021年6月5日，国际权威学术期刊Molecular Plant发表了中科院上海植物生理生态研究所晁代印团队的最新相关研究成果，题为Long-distance blue light signalling regulates phosphate deficiency-induced primary root growth inhibition的研究论文。

尽管根主要嵌入土壤中，但最近的研究表明，光可以调节根对矿物质养分的吸收。然而，尚不清楚根系结构 (RSA) 响应不同根际营养状态的变化是否涉及光信号。本研究结果表明蓝光通过隐花色素及其下游信号因子调节磷缺乏条件下的主根生长抑制。结果表明，低磷酸盐对根伸长的抑制需要在地上部分感知蓝光信号并转导到根部。在这个过程中，SPA1和COP1起负调节作用，而HY5起正调节作用。进一步的实验确定 HY5 能够从地上部分迁移到根部。地上部分衍生的 HY5 自动激活根 HY5 并通过直接激活 LPR1 的表达来调节主根生长，LPR1 是磷酸盐饥饿下根生长的抑制子。本研究揭示了蓝光在磷缺乏时引起的主根生长抑制中的调节机制，并揭示了光和养分信号之间新的交叉对话。

图 1 Pi 缺乏引起的 PR 抑制需要蓝光，但不需要红光和 UV-B 光

图2 地上部分到根转运光信号调节缺磷诱导的PR生长抑制

图3 COP1和HY5在缺磷条件下蓝光调控PR生长抑制中的作用相反

图 4 铁依赖性 ROS 和胼胝质沉积介导了 Pi 缺乏条件下蓝光调节的 PR 生长抑制

图5 HY5直接激活LPR1的表达

图 6 在缺磷条件下，HY5 从地上部分到根的转运需要蓝光

图7 缺Pi条件下蓝光介导PR抑制的假设工作模型

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