植物是如何利用糖来长根的

　　随着糖的重新分配，植物内部的一个基本分子机制控制着新的侧根的形成。植物学家已经证明，它是基于某种因子的活性，即雷帕霉素(TOR)蛋白的靶蛋白。研究小组负责人表示，在分子水平上更好地了解调节根分支的过程可能有助于改善植物生长，从而提高作物产量。

　　

随着糖的重新分配，植物内部的一个基本分子机制控制着新的侧根的形成。一个国际植物生物学家团队已经证明，它是基于某种因子的活性，即雷帕霉素(TOR)蛋白的靶标。海德堡大学有机体研究中心的研究小组负责人Alexis Maizel教授表示，更好地了解分子水平上调节根分支的过程可能有助于改善植物生长，从而提高作物产量。

良好的根系生长确保植物能够吸收足够的营养并生长，从而有助于它们的整体健康。要做到这一点，它们必须将代谢过程中的可用资源与它们的遗传发育程序结合起来。植物将大气中的二氧化碳(CO2)结合在叶子中，并通过光合作用将其转化为单糖。这些单糖以果糖和葡萄糖的形式分布在植物的根部，促进植物的生长和发育。

梅泽尔教授的团队利用拟南芥(植物研究中的一种模式植物)来研究这一过程是如何在分子水平上发生的。他们的研究重点是葡萄糖在侧根形成过程中所起的作用。亚历克西斯·梅泽尔团队的研究员迈克尔·斯蒂茨博士解释说:“我们确实知道，除了植物激素外，茎部的糖也被分配到根中，但迄今为止，植物是如何认识到糖资源可用于形成侧根的，我们还不清楚。”

代谢水平的研究表明，拟南芥只有在主根柱最外层的细胞层中，葡萄糖分解和碳水化合物被消耗时，才能形成侧根。这一过程在分子水平上受雷帕霉素蛋白靶点的控制。这个因子控制着植物、动物和人类的关键信号网络和代谢过程。它的活性受生长因子(如植物激素生长素)和营养物质(如糖)的相互作用支配。

利用拟南芥，研究人员发现，只有当糖存在时，TOR才会在中柱鞘细胞中变得活跃。然后所谓的创始细胞通过细胞分裂形成侧根。梅泽尔教授:“TOR承担了一种看门人的角色;当植物通过生长素激活负责根形成的遗传生长程序时，TOR会检查这个过程中是否有足够的糖资源。”TOR通过控制特定生长素依赖基因的翻译起作用，在没有足够的糖资源可用时阻止它们的表达。当研究人员抑制TOR活性时，没有侧根形成。海德堡植物生物学家说:“这表明其中涉及一种基本的分子机制。”

与此同时，研究人员证明，TOR通过类似的机制控制其他植物组织的根的形成，即所谓的不定根。根据Maizel教授的说法，他们的研究结果也可能对农业应用感兴趣。这名研究人员强调说:“它们有可能被用来开发新的植物生长策略，使其适合各种环境条件和更好的作物产量。”

这项研究是由德国研究基金会资助的。除了海德堡大学有机体研究中心的植物生物学家外，来自斯特拉斯堡大学(法国)、波茨坦马克斯普朗克分子植物生理学研究所、巴塞罗那(西班牙)农业基因组学研究中心和科克大学学院(爱尔兰)的研究人员也做出了贡献。他们的研究结果发表在《EMBO杂志》上。

Journal Reference:

1. Michael Stitz, David Kuster, Maximilian Reinert, Mikhail Schepetilnikov, Béatrice Berthet, Jazmin Reyes‐Hernández, Denis Janocha, Anthony Artins, Marc Boix, Rossana Henriques, Anne Pfeiffer, Jan Lohmann, Emmanuel Gaquerel, Alexis Maizel. TOR            acts as a metabolic gatekeeper for auxin‐dependent lateral root initiation in            Arabidopsis thaliana. The EMBO Journal, 2023; 42 (10) DOI: 10.15252/embj.2022111273