许卫锋团队揭示ABA调控根系向水性的新机制

根的向水性是指植物根系（主根、侧根、根毛）总是向着较湿润土壤生长的特性，在植物抗旱与高效利用水分过程中起关键作用。墨西哥Gladys Cassab教授团队利用甘油-琼脂板方法构建向水性研究系统，筛选得到“丢失根系垂直方向的向水性能力”拟南介突变体nhr1 (no hydrotropic response 1), 但没有克隆出具体基因。日本Hideyuki Takahashi教授利用碳酸钾空气法及山梨醇-琼脂板法构建向水性研究系统，筛选得到“根系侧面方向的向水性能力受损”拟南介突变体，首次克隆出侧面向水性基因MIZ1(At2g41660)，并指出激素ABA可能在此过程中扮演重要角色，但具体作用机制尚不明晰【1】。

3月17日，Science Advances在线发表了许卫锋教授团队题为Low ABA concentration promotes root growth and hydrotropism through relief of ABA-insensitive 1-mediated inhibition of plasma membrane H+-ATPase 2的研究论文。该研究发现根两侧质子不对称分泌驱动了根的向水性，ABA通路参与的质子泵磷酸化途径在此过程中起重要作用。研究结果对提高植物高效用水具有重要的参考价值。

该研究发现：1. 低浓度的ABA处理可以提高根系向水性，这一过程与根尖质子分泌密切关联；2. 拟南芥Qabi2-2突变体（负调控ABA信号的PP2Cs磷酸酶活性较低）的根向水性及根尖质子分泌均高于野生型；3. PP2Cs磷酸酶信号途径关键的成员ABI1与质子泵家族主要成员AHA2相互作用并去磷酸化AHA2的C端Thr947位点，从而降低质子泵分泌质子的活力。此外，低浓度的ABA通过与ABA受体PYL8结合后抑制了PP2Cs磷酸酶活性。

Model for root hydrotropism regulated by ABA and proton flux

基于以上结果，该研究提出了ABA调控根侧面向水性的工作模型：与根的湿边一侧（水势高）相比，根的干边一侧（水势低）有低浓度ABA合成，合成的ABA与受体PYL8结合抑制了PP2Cs磷酸酶活性，减轻了PP2Cs（ABI1）对质子泵AHA2的抑制效应，提高了质子分泌，促进了根干边一侧细胞的伸长。那么，根干边一侧质子分泌高，细胞伸长快；根湿边一侧质子分泌低，细胞伸长慢；根两侧细胞不对称生长导致根弯向湿边一侧找水。此外，激酶SnRK2.2与侧面向水性基因MIZ1可能也在此过程中起作用。

参考文献

【1】Moriwaki T, Miyazawa Y, Kobayashi A, Uchida M, Watanabe C, Fujii N, Takahashi H. Hormonal regulation of lateral root development in Arabidopsis modulated by MIZ1 and requirement of GNOM activity for MIZ1 function. Plant Physiol. 2011 Nov;157(3):1209-20. doi: 10.1104/pp.111.186270.

延伸阅读：

Cell Reports | 福建农林大学许卫锋团队发现根系向水性调控新机制

论文链接：

https://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabd4113