研究阐明根毛在辅助水稻根系土壤穿透硬土层中的锚定作用

近日，上海交通大学生命科学技术学院/代谢与发育科学国际合作联合实验室黄国强课题组在国际著名期刊Current Biology发表了题为“Root hairs facilitate rice root penetration into compacted layers”的研究论文。此项工作解析了水稻根毛在辅助根系穿透硬土层中的重要作用。生命科学技术学院博士后孔秀珍和博士生余速航为论文共同第一作者，生命科学技术学院博士后宋晓云，博士生熊雅丽和饶津良参与了本项工作。生命科学技术学院长聘教轨副教授黄国强为论文的通讯作者。中国农业大学周虎教授、诺丁汉大学Malcolm Bennett教授等也参与了该项研究工作。

图1.本项研究工作的模式图

当前，无机化肥的大量使用和大型机械化作业的推广导致土壤板结、土壤硬度增加，极大地限制了作物根系的正常生长，影响作物对水分和营养物质的吸收，最终导致作物减产。因此，研究植物根系与土壤的互作机制以培育适应不同土壤硬度的作物品种，对保障粮食安全具有重要意义。

根毛是植物根表皮中向外突出、顶端封闭的管状细胞，是植物根系的重要组成部分，根毛有利于植物根系在土壤中的固着，并参与水分和营养物质的吸收，但其在植物发育过程中的作用和调控机制仍需进一步探索。该研究结合遗传学、分子生物学等技术，证实根毛生长调控在辅助根系穿透硬土层的重要作用。水稻根系在受到硬土层的机械刺激后，会诱导根尖生长素的生物合成，并在生长素转运蛋白(AUX1)的作用下被运至根毛区促进根毛生长，根毛的伸长为根系穿透压实层提供了充足的锚定力（图1）。该研究揭示了根毛在辅助根系穿透压实层的重要作用及其调控机制，为培育具备强穿透力水稻和其他谷物作物的根系育种提供了新视角。

图2.生长素信号通路调节水稻根毛伸长的作用机制

该项目受到国家自然科学基金（32101651和32130006）、上海市启明星计划（22QA1404200）、高等学校学科创新引智计划（B14016）的经费资助。