2020年9月11日，Nature Plants在線發(fā)表了德國(guó)萊布尼茨-植物遺傳學(xué)和作物植物研究所的Nicolaus von Wirén教授團(tuán)隊(duì)的題為Auxin-mediated root branching is determined by the form of available nitrogen的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)由于根系局部銨的攝入，引起了質(zhì)外體pH的變化，該變化引發(fā)了不依賴于載體的生長(zhǎng)素?cái)U(kuò)散旁路，從而促進(jìn)了側(cè)根的出現(xiàn)。該研究揭示了依賴于pH的生長(zhǎng)素?cái)U(kuò)散是一種重要的調(diào)節(jié)機(jī)制，從而使根系構(gòu)型能夠隨著土壤中有效養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

值得一提的是，雜志同期配發(fā)了比利時(shí)根特大學(xué)Tom beeckman教授的題為A pHantastic ammonium response評(píng)述文章。認(rèn)為該研究是朝著更好地了解植物對(duì)硝酸鹽和銨的不同反應(yīng)的機(jī)制邁出的重要一步，并將有助于制定提高氮素利用效率的策略，從而減少化肥使用量。

植物根系結(jié)構(gòu)的調(diào)整使植物能夠適應(yīng)土壤中有效養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性，以便針對(duì)性的進(jìn)行養(yǎng)分吸收。與初生根相比，側(cè)根構(gòu)成了整個(gè)根系的大部分，并對(duì)外部養(yǎng)分有效性表現(xiàn)出較高的可塑性。輕度缺氮（N）或局部供應(yīng)硝酸鹽、磷酸鹽或鐵形成明顯伸長(zhǎng)的側(cè)根，而在局部供應(yīng)銨的情況下，側(cè)根較短，但分枝較高，這表明局部養(yǎng)分的有效性以一種養(yǎng)分特異性的方式影響側(cè)根發(fā)育的不同過(guò)程。

盡管改變根構(gòu)型對(duì)利用異質(zhì)土壤或施肥后的局部區(qū)域內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)成分很重要，但是我們卻對(duì)植物如何將外部營(yíng)養(yǎng)信號(hào)整合到根系發(fā)育程序中的機(jī)制知之甚少。

由于側(cè)根發(fā)育的每一個(gè)過(guò)程，包括起始、形成和伸長(zhǎng)，都受生長(zhǎng)素的控制，因此出現(xiàn)了生長(zhǎng)素如何對(duì)自然和農(nóng)業(yè)土壤中局部存在的銨作出反應(yīng)的問(wèn)題

本文，作者發(fā)現(xiàn)局部供銨刺激了根部維管系統(tǒng)中地上部生長(zhǎng)素的積累，并促進(jìn)了側(cè)根的出現(xiàn)，從而建立了高度分枝的根系。PH和生長(zhǎng)素報(bào)告活性表明，銨離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的銨吸收使根質(zhì)外體酸化，從而增加了質(zhì)子化生長(zhǎng)素向覆蓋在側(cè)根原基上的皮層和表皮細(xì)胞的pH依賴性輸入，從而促進(jìn)了它們側(cè)根的形成。因此，銨誘導(dǎo)和H+-ATPase介導(dǎo)的質(zhì)外體酸化允許生長(zhǎng)素繞過(guò)生長(zhǎng)素輸入載體AUX1和LAX3。在缺氮植物中，生長(zhǎng)素也會(huì)在根的維管系統(tǒng)中積累，但更堿性的質(zhì)外體會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)素在這些組織中的滯留，并阻止側(cè)根的形成。

該研究揭示了外源氮素形態(tài)對(duì)依賴于pH的徑向生長(zhǎng)素遷移率的影響及其在器官發(fā)育中的調(diào)節(jié)功能。依賴于pH的生長(zhǎng)素?cái)U(kuò)散的調(diào)節(jié)機(jī)制，從而使根系構(gòu)型能夠隨著土壤中有效養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

同期，比利時(shí)根特大學(xué)Tom beeckman教授在評(píng)述文章中認(rèn)為：氮素主要由植物以硝酸鹽和銨態(tài)氮的形式從土壤中獲得，控制著生長(zhǎng)發(fā)育，高產(chǎn)作物生產(chǎn)嚴(yán)重依賴于氮肥的施用。根系對(duì)氮素形態(tài)和濃度變化的適應(yīng)機(jī)制已被深入研究，但這些氮素形態(tài)如何影響生長(zhǎng)素控制的內(nèi)源根系分枝過(guò)程的確切機(jī)制還不是很清楚。Nicolaus von Wirén教授團(tuán)隊(duì)的研究是朝著更好地了解植物對(duì)硝酸鹽和銨的不同反應(yīng)的機(jī)制邁出的重要一步，并將有助于制定提高氮素利用效率的策略，從而減少化肥使用量。