上海交通大學(xué)科研成果助植物突圍板結(jié)土壤

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，土壤板結(jié)已成為全球性問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，土壤板結(jié)疊加干旱脅迫導(dǎo)致的減產(chǎn)可高達(dá)75%，因此，需要人工培育根系穿透能力強(qiáng)的作物品種來(lái)“協(xié)助”植物突圍板結(jié)土壤，保證糧食產(chǎn)量。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張大兵和梁婉琪教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合丹麥哥本哈根大學(xué)Staffan Persson教授團(tuán)隊(duì)、英國(guó)諾丁漢大學(xué)Malcolm J. Bennett教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，首次揭示了植物根系利用工程學(xué)原理適應(yīng)板結(jié)土壤：通過(guò)主動(dòng)響應(yīng)積累的乙烯，精細(xì)調(diào)控細(xì)胞壁厚度，從而促進(jìn)根系增粗，提高穿透能力以適應(yīng)土壤板結(jié)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然》雜志。

纖維素是植物細(xì)胞壁的“鋼筋”，通常被認(rèn)為越多越強(qiáng)壯。該研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)卻顛覆了這一認(rèn)知：當(dāng)用低濃度纖維素合成抑制劑處理水稻時(shí)，根系在板結(jié)土壤中的穿透能力不降反升。為了驗(yàn)證這一反常現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)敲除了纖維素合成酶基因OsCESA6，獲得cesa6突變體。CT成像顯示，cesa6突變體在板結(jié)土壤中比正常水稻穿透力更強(qiáng)，且這種“超能力”僅在板結(jié)條件下顯現(xiàn)。這揭示纖維素合成的精密調(diào)控是影響植物根穿透板結(jié)土壤的關(guān)鍵因素。

研究團(tuán)隊(duì)還從上千個(gè)水稻基因中找到了關(guān)鍵調(diào)控因子OsARF1，并證明了乙烯-OsARF1-纖維素合成酶這條調(diào)控鏈路，正是植物應(yīng)對(duì)土壤板結(jié)的關(guān)鍵策略。

研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了水稻根系應(yīng)對(duì)板結(jié)土壤的精妙策略——“厚表皮—薄皮層”模型。該研究不僅破解了植物適應(yīng)逆境的分子密碼，更為未來(lái)作物設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新維度。基于“厚表皮—薄皮層”模型，育種家可以像工程師設(shè)計(jì)建筑那樣，精準(zhǔn)調(diào)控不同細(xì)胞層的細(xì)胞壁特性，培育出具有最優(yōu)土壤穿透能力的根系，從而減輕農(nóng)業(yè)機(jī)械化帶來(lái)的土壤板結(jié)問(wèn)題，更好地應(yīng)對(duì)氣候變化導(dǎo)致的土壤退化挑戰(zhàn)。同時(shí)也可以擴(kuò)大板結(jié)土壤的利用率，維護(hù)作物產(chǎn)量安全。