作為固著生物，植物依賴于它們根據(jù)不斷變化的營(yíng)養(yǎng)條件適應(yīng)其根的發(fā)育和生長(zhǎng)的能力。已知由在低氮條件下生長(zhǎng)的植物展示的一種這樣的響應(yīng)是探測(cè)周圍土壤的初生和側(cè)根的伸長(zhǎng)。這種對(duì)缺乏必需元素氮的適應(yīng)特別令人感興趣，因?yàn)樗从沉?ldquo;覓食策略”，根系可以通過這種策略從較大的土壤體積中利用養(yǎng)分。直到最近，這是最不了解的氮依賴性根反應(yīng)。來(lái)自Gatersleben IPK的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)確定了在低氮條件下調(diào)節(jié)根覓食的激素途徑和調(diào)節(jié)這種反應(yīng)強(qiáng)度的信號(hào)成分。

植物可利用營(yíng)養(yǎng)素的量和形式在土壤中波動(dòng)，例如依賴于土壤濕度或營(yíng)養(yǎng)物的微生物轉(zhuǎn)化過程。植物感知其營(yíng)養(yǎng)狀況的變化，并通過調(diào)整其根的生長(zhǎng)和發(fā)育來(lái)應(yīng)對(duì)這些變化。這些反應(yīng)表現(xiàn)為根系的各個(gè)部分的分支，延伸，放置和生長(zhǎng)方向的改變程度。氮是植物必需的礦物元素和營(yíng)養(yǎng)素。當(dāng)?shù)衫寐实蜁r(shí)，植物根部通過局部擴(kuò)張其側(cè)根優(yōu)先生長(zhǎng)為富氮土壤斑塊。一旦植物遇到氮缺乏，它們立即誘導(dǎo)覓食反應(yīng)，其中根伸長(zhǎng)以探索更大的土壤體積。這種氮依賴性根系反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制以前是未知的。來(lái)自Gatersleben IPK的研究人員現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，一類類固醇激素可在低氮條件下調(diào)節(jié)根部覓食，從而確定這種反應(yīng)的程度。調(diào)查結(jié)果發(fā)表在自然通訊。

在這項(xiàng)研究中，來(lái)自N.vonWirén教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組“分子植物營(yíng)養(yǎng)”的科學(xué)家評(píng)估了200種模式植物擬南芥中輕度缺氮條件下根系生長(zhǎng)的自然變異。研究人員利用由T. Altmann教授領(lǐng)導(dǎo)的“雜種優(yōu)勢(shì)”小組的支持，采用全基因組關(guān)聯(lián)作圖，證明了BSN3，一種油菜素類固醇信號(hào)激酶，正在調(diào)節(jié)低氮條件下根伸長(zhǎng)的程度。此外，他們證明輕度氮缺乏通過上調(diào)油菜素類固醇共受體BAK1的轉(zhuǎn)錄水平來(lái)激活油菜素類固醇信號(hào)傳導(dǎo)，這增強(qiáng)了根細(xì)胞對(duì)油菜素類固醇的敏感性。

結(jié)果揭示了油菜素類固醇型植物激素在塑造根系中以應(yīng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)缺乏的先前未知作用。這種新穎的見解可以更深入地了解植物對(duì)氮可利用性變化的適應(yīng)性反應(yīng)背后的調(diào)控，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用提供了一個(gè)視角。

作為“植物生長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力”，氮是農(nóng)業(yè)植物生產(chǎn)中不可或缺的元素。但是，必須小心使用氮肥，因?yàn)橥寥乐羞^剩的氮會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，例如導(dǎo)致土壤酸化或水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此，非常需要利用土壤作為養(yǎng)分的作物的繁殖，因?yàn)樗鼈兛赡苄枰^少的肥料。本研究的研究人員發(fā)現(xiàn)他們發(fā)現(xiàn)BSK3的調(diào)節(jié)作用是解決這一問題的新機(jī)會(huì)。通過利用天然存在的BSK3等位基因版本或通過精確的基因組編輯產(chǎn)生de-novo變體，植物育種者可以開發(fā)具有更大根系的新作物品種，