硝酸盐调控小麦幼苗根系生长的机制：生长素、钙离子和一氧化氮的协同作用

这篇研究揭示了硝酸盐(NO3-)通过调控细胞质钙离子浓度([Ca2+]cyt)、一氧化氮(NO)和生长素(IAA)的协同作用来影响小麦根系发育的分子机制。研究发现高浓度NO3-(5mM)会抑制主根生长，而低浓度(0.05mM)促进侧根发育，这一过程涉及钙信号转导、乙烯合成和极性生长素运输(PAT)等关键通路。

　　

Highlight

细胞质Ca²⁺浓度变化([Ca²⁺]_cyt)、一氧化氮和生长素共同介导了小麦幼苗对高浓度硝酸盐的根系生长响应

关键发现

• 高浓度NO₃^-(5mM)与外源IBA和Ca²⁺联用会抑制根系生长，这一过程由[Ca²⁺]_cyt下游的乙烯介导

• NO与内源IAA在侧根生长中表现出协同效应

• 外源NO₃^-能增强侧根中NO的产生，而升高的[Ca²⁺]_cyt水平会进一步放大这一效应

• 内源IAA通过调控NO和[Ca²⁺]_cyt信号级联，在侧根根毛发育中起关键作用

• 高浓度NO₃^-会通过输入茎源生长素来抑制根毛形成

Discussion

低NO₃^-促进根系生长，而高NO_{3-则抑制根系增殖。本研究首次在小麦中系统阐明了Ca²⁺、内源IAA和NO在NO3^-依赖性生长调控中的作用机制。实验发现极性生长素运输抑制剂TIBA能显著抑制高氮条件下的主根生长，暗示PAT在NO3^-信号转导中的重要性。钙螯合剂EGTA处理证实了[Ca²⁺]cyt在调控根系构型中的核心地位。}

Conclusion

硝酸盐不仅是主要氮源，更是调控根系生长的信号分子。[Ca²⁺]_cyt介导了NO₃^-响应的根系生长调控。高氮条件下，外源Ca²⁺或IBA会提升[Ca²⁺]_cyt，可能通过增加乙烯合成来抑制根系生长。极性生长素运输抑制剂TIBA处理表明，PAT对高氮条件下的主根生长抑制至关重要。这些发现为通过调控NO-IAA-Ca²⁺信号网络来提高小麦养分吸收效率提供了新思路。