WUSCHEL-related homeoboxfamily genes in rice control lateral root primordium size

作者: Tsubasa Kawai
出版社: PNAS
属性: Artical
材料: Root
物种: 拟南芥

在多变环境下，作物根系的稳定发展对其产量至关重要。水稻有两种类型的侧根(LR)：S型（短而细）和L型（长而粗）。在侧根原基确定阶段，L型的原基的尺寸大于S型。侧根原基大小决定了侧根类型，这是水稻生长维持的重要表型形状，并且不同类型侧根的发育对植株应对水胁迫至关重要。但目前控制侧根原基大小的分子机制目前尚不清楚。

在基因诱变的条件下，作者使用先前报道的根尖切除的方法，促进了野生型水稻近端部分的L型侧根的产生。一个隐性突变体T3-7-1被分离出来，该突变体产生的侧根较少，但在根尖切除后出现了新的侧根（图1）。有趣的是，在L型侧根中能观察到了这种恢复，但在S型或中间型侧根中没有观察到这种恢复。除此之外，在根尖切除后，突变体比WT产生更多的L型侧根，在远离切割位点的区域有所增加。这表明T3-7-1突变体的致病基因抑制了远离切割位点的区域的侧根原基直径的增加。

研究者使用基因克隆技术，发现该基因位于RM11876和RM3783之间的染色体上。该区域包含大约40各基因，包括QHB/OsWOX5。序列比对显示，突变体中OsWOX5序列存在一个点突变。在本文中，该突变体被称为qhb突变体。该突变体在S型侧根形成中存在缺陷，但在根尖切除后比野生型植物产生更多的L型侧根。接下来，研究者分析了S型和L型侧根发育过程中的QHB的表达。QHB的表达首先在中柱鞘细胞中被检测到。此后，在S型和L型的整个侧根原基中都能检测到QHB表达，在根尖切除的中柱鞘细胞中表达更广泛。

接下来，研究者进行了RNA测序分析。共有531个基因在L型侧根原基中表达量发生了明显变化。其中，在73个生长素诱导的基因中，OsWOX10在L型侧根原基中上调幅度最大（图2）。为了探究其功能，研究者获得该基因的过表达植株以及使用Crispr-cas9技术获得了突变体植株。表型分析显示，OsWOX10过表达以表达依赖的方式增加了侧根的直径。相反，OsWOX10的突变在轻度干旱条件下降低了L型侧根的直径（图2）。由于qhb突变体在根尖切除后比WT产生更多的L型侧根，研究者检测了OsWOX10在WT和突变体中是否受到了不同的调节。定量结果显示，根尖切除后，qhb突变体的OsWOX10表达高于WT。酵母单杂测定显示突变型QHB不具有转录抑制因子的功能。电泳迁移率变化分析表明OsWOX10是QHB的潜在靶点。这些数据表明QHB抑制OsWOX10，进而抑制了侧根直径的增加（图3）

为了检测QHB和OsWOX10在土壤条件下对侧根直径的调节，将WT和qhb突变体幼苗置于不同水分条件下，如淹水和轻度干旱的土壤中生长。这些观察结果表明，QHB和OsWOX10还控制土壤条件下轻度干旱引起的侧根的发育（图3）。

综上所述，本研究揭示了OsWOX家族成员控制水稻侧根原基大小的遗传机制。本研究通过研究根的发育过程，对提高植物应对环境胁迫的能力提供了重要的见解。

问题

• 此次文章阅读参考公众号对文章整理的思路和叙述方式，争取在后续掌握这样精简准确丰富的记录技巧。
• 文章中部分实验性的证据不清楚，需要后续进一步的学习。