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科學家揭示MIZ1-PIN調(diào)控植物根向水性機制
[所屬分類:行業(yè)動態(tài)] [發(fā)布時間:2025-6-3] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]
科學家揭示MIZ1-PIN調(diào)控植物根向水性機制
作者：李媛 來源：中國科學報
山東拓普生物工程有限公司 http://www.jinhuabanruo.cn
近日，西北農(nóng)林科技大學生命科學學院教授張余周團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）發(fā)表研究成果。該研究解析了植物MIZ1-PIN調(diào)控模塊可通過權(quán)衡根系向水性和向重力性生長來提高植物在干旱條件下對土壤水分的利用效率，為作物抗逆策略的定制提供了理論基礎。
西北農(nóng)林科技大學為該論文第一完成單位，教授張余周和奧地利科學技術(shù)研究所教授Ji?í Friml為該論文的共同通訊作者。西北農(nóng)林科技大學教授張余周和博士珠拉太為共同第一作者。
根系作為植物吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，可以感知土壤中水分的變化，并通過向水分充足的地方生長，來提高植物對土壤水分的利用效率，這種現(xiàn)象稱為向水性生長。 MIZ1 是調(diào)控植物根系向水性生長的關(guān)鍵基因，但是其調(diào)控機理并不是非常清楚。植物根系向重力性生長和向水性生長與植物對逆境的適應密切相關(guān)，已有研究表明根向重力性和向水性生長存在拮抗關(guān)系，但是MIZ1是否能夠權(quán)衡這兩種向性生長來幫植物適應干旱環(huán)境并不清楚。
本研究首先通過回轉(zhuǎn)儀模擬植物失重或微重力條件下野生型和 miz1 突變體根系的向水性生長表型。研究發(fā)現(xiàn)在模擬的微重力環(huán)境下，miz1 突變體表現(xiàn)出明顯的向水性生長表型回復表型，暗示了MIZ1可能通過調(diào)控植物的向重力性生長來間接參與植物的向水性表型。進一步利用山梨醇模擬干旱脅迫，發(fā)現(xiàn)干旱條件下MIZ1蛋白可抑制生長素在根尖的流動性來減慢根向重力性應答反應，從而使得蹺蹺板向向水性一方傾斜，從而提高了植物根系對土壤水分的搜尋能力，有利于植物對水分的吸收。
植物根尖生長素的流動有賴于生長素轉(zhuǎn)運蛋白PIN的極性定位。進一步研究表明干旱條件下，MIZ1蛋白可以通過負調(diào)控生長素轉(zhuǎn)運蛋白PIN2和PIN3的細胞極性定位來削弱生長素介導的根系向重力性生長。研究還發(fā)現(xiàn)MIZ1主要通過改變PIN蛋白在細胞膜上流動性和亞細胞轉(zhuǎn)運速率來調(diào)控PIN的細胞極性定位。通過構(gòu)建 miz1/pin 的突變體從遺傳學上進一步證明MIZ1可調(diào)控PIN的功能來發(fā)揮對根向水性生長的調(diào)控作用。最后，通過在土壤中模擬自然條件下 miz1 ，各類 pin ，以及 miz1/pin 突變體根系在水分分布不均一土壤中的分布情況闡明MIZ1-PIN調(diào)控模塊在調(diào)控根系向水性生長中的重要作用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2427315122
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作者：李媛 來源：中國科學報
山東拓普生物工程有限公司 http://www.jinhuabanruo.cn
近日，西北農(nóng)林科技大學生命科學學院教授張余周團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）發(fā)表研究成果。該研究解析了植物MIZ1-PIN調(diào)控模塊可通過權(quán)衡根系向水性和向重力性生長來提高植物在干旱條件下對土壤水分的利用效率，為作物抗逆策略的定制提供了理論基礎。
西北農(nóng)林科技大學為該論文第一完成單位，教授張余周和奧地利科學技術(shù)研究所教授Ji?í Friml為該論文的共同通訊作者。西北農(nóng)林科技大學教授張余周和博士珠拉太為共同第一作者。
根系作為植物吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，可以感知土壤中水分的變化，并通過向水分充足的地方生長，來提高植物對土壤水分的利用效率，這種現(xiàn)象稱為向水性生長。 MIZ1 是調(diào)控植物根系向水性生長的關(guān)鍵基因，但是其調(diào)控機理并不是非常清楚。植物根系向重力性生長和向水性生長與植物對逆境的適應密切相關(guān)，已有研究表明根向重力性和向水性生長存在拮抗關(guān)系，但是MIZ1是否能夠權(quán)衡這兩種向性生長來幫植物適應干旱環(huán)境并不清楚。
本研究首先通過回轉(zhuǎn)儀模擬植物失重或微重力條件下野生型和 miz1 突變體根系的向水性生長表型。研究發(fā)現(xiàn)在模擬的微重力環(huán)境下，miz1 突變體表現(xiàn)出明顯的向水性生長表型回復表型，暗示了MIZ1可能通過調(diào)控植物的向重力性生長來間接參與植物的向水性表型。進一步利用山梨醇模擬干旱脅迫，發(fā)現(xiàn)干旱條件下MIZ1蛋白可抑制生長素在根尖的流動性來減慢根向重力性應答反應，從而使得蹺蹺板向向水性一方傾斜，從而提高了植物根系對土壤水分的搜尋能力，有利于植物對水分的吸收。
植物根尖生長素的流動有賴于生長素轉(zhuǎn)運蛋白PIN的極性定位。進一步研究表明干旱條件下，MIZ1蛋白可以通過負調(diào)控生長素轉(zhuǎn)運蛋白PIN2和PIN3的細胞極性定位來削弱生長素介導的根系向重力性生長。研究還發(fā)現(xiàn)MIZ1主要通過改變PIN蛋白在細胞膜上流動性和亞細胞轉(zhuǎn)運速率來調(diào)控PIN的細胞極性定位。通過構(gòu)建 miz1/pin 的突變體從遺傳學上進一步證明MIZ1可調(diào)控PIN的功能來發(fā)揮對根向水性生長的調(diào)控作用。最后，通過在土壤中模擬自然條件下 miz1 ，各類 pin ，以及 miz1/pin 突變體根系在水分分布不均一土壤中的分布情況闡明MIZ1-PIN調(diào)控模塊在調(diào)控根系向水性生長中的重要作用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2427315122
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