近日，国际著名学术期刊《PNAS》在线发表了植物根系响应外界土壤硬度机制的研究工作。该项研究由上海交通大学张大兵教授和英国诺丁汉大学Malcolm Bennett教授研究组合作，经过近9年的联合攻关，阐明了植物如何响应外界土壤硬度的机制，为未来培育适应不同土壤硬度的作物新品种提供了重要的理论基础。上海交通大学生命科学技术学院张大兵教授为共同通讯作者，生命科学技术学院黄国强为第一作者。来自荷兰、德国、捷克以及美国科研工作者也为这项研究做出了重要贡献。

伴随着世界人口的急剧增长，人类对粮食的需求量不断激增，大型机械使用频率逐年增加，导致土壤的硬度逐年变大，土壤板结以及透气性变差。植物在硬度较大的土壤中生长，生长变差、产量降低。因此，人类在作物种植前，不得不进行耕地松土，消耗大量的资源。如何培育能够适应不同硬度土壤的作物新品种，是一个亟待解决的问题。前期这两个课题组进行了联合攻关证实高硬度的土壤可通过限制植物本身产生的乙烯扩散，导致乙烯积聚在根系周围，抑制了植物根系的生长，实现对外界土壤硬度的响应，相关工作于去年发表在Science上（图1）。

图1.工作模型

(A)水稻生长在疏松土壤内部；(B)水稻生长在坚硬土壤内部

乙烯如何转化为植物内部发育信号，调控水稻根系的横向延伸和纵向生长？这是摆在科研工作者面前的有一个问题。这项工作在前期的基础上证实乙烯通过作用于生长素的上游，乙烯转录因子（OsEIL1）通过刺激生长素合成（OsYUC8介导）过程，增加了根系内部生长素的浓度，调控了根系的延伸过程；ABA作用于乙烯和生长素下游，调控根系的横向延伸，这项工作揭示了乙烯信号如何通过植物体内的发育信号调控水稻根系对外界土壤硬度的响应过程（图 2）。同时证实植物根系的横向延伸对植物钻地能力发挥了一个负调控作用。为未来筛选钻地能力强的作物，提供了一个关键表型标准。

图2.本文模型图

(A)水稻生长在疏松土壤内部；

(B)水稻生长在坚硬土壤内部

此项工作得到了国家自然科学基金（32130006, 3210165, 31861163002 和 31700276）、上海市启明星项目（22QA1404200）以及111引智基地（B14016）等经费资助。

原文链接: https://www.pnas.org/eprint/QGAEMEU8JU9IUGFUNTBB/full