近日，上海交通大學(xué)李子興團(tuán)隊(duì)與上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院張迎迎團(tuán)隊(duì)合作在Plant Communications期刊上發(fā)表題為“Drought-induced SlCLE10 coordinates ethylene biosynthesis and root hair development to confer osmotic stress tolerance in tomato”的研究成果。上海交通大學(xué)李子興副教授與上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院張迎迎研究員為該論文的共同通訊作者。上海交通大學(xué)博士研究生王曦若為論文的第一作者。

該研究鑒定到一個(gè)在番茄根中快速響應(yīng)高滲脅迫的CLE家族成員SlCLE10。通過(guò)proSlCLE10::GUS轉(zhuǎn)基因植株的組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，在滲透脅迫處理短時(shí)間內(nèi)，SlCLE10啟動(dòng)子活性在根尖、成熟區(qū)及根毛中均顯著增強(qiáng)，表明SlCLE10小肽是番茄根中感知滲透脅迫的早期信號(hào)分子。功能研究顯示，SlCLE10 過(guò)表達(dá)植株在滲透脅迫下株高和地上部鮮重顯著優(yōu)于野生型，而 slcle10 突變體在相同脅迫條件下幾乎完全萎蔫。進(jìn)一步的觀察證實(shí)，SlCLE10通過(guò)調(diào)控根毛發(fā)育增強(qiáng)抗旱性。在滲透脅迫下，SlCLE10過(guò)表達(dá)植株的根毛更長(zhǎng)更密，而slcle10突變體的根毛則短小稀疏，且該表型僅在脅迫條件下出現(xiàn)。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，外源施加低劑量的SlCLE10（50-100 nM）小肽顯著促進(jìn)根毛在高滲條件下的生長(zhǎng)。機(jī)制解析表明，SlCLE10對(duì)根毛發(fā)育的調(diào)控依賴(lài)乙烯合成與信號(hào)傳導(dǎo)。在滲透脅迫下，SlCLE10過(guò)表達(dá)植株乙烯釋放量顯著增加，乙烯合成和信號(hào)通路關(guān)鍵基因表達(dá)量也同步上調(diào)。而施加乙烯合成抑制劑AVG或信號(hào)抑制劑1-MCP，可完全阻斷SlCLE10介導(dǎo)的根毛伸長(zhǎng)，證實(shí)乙烯是SlCLE10下游調(diào)控根毛發(fā)育的關(guān)鍵信號(hào)分子。

進(jìn)一步生化實(shí)驗(yàn)揭示，SlCLE10通過(guò)激活SlMAPK6激酶，進(jìn)而促進(jìn)SlMAPK6與乙烯合成關(guān)鍵酶 SlACS2 發(fā)生相互作用，并對(duì) SlACS2 進(jìn)行磷酸化修飾。該磷酸化修飾不僅增強(qiáng)了SlACS2的蛋白穩(wěn)定性，還有效提升了其催化活性，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)乙烯的合成。遺傳學(xué)證據(jù)進(jìn)一步表明，slacs2突變體完全喪失了對(duì)SlCLE10介導(dǎo)的根毛生長(zhǎng)促進(jìn)作用的響應(yīng)，直接證實(shí)SlCLE10-SlMAPK6-SlACS2構(gòu)成了調(diào)控根毛發(fā)育的核心信號(hào)模塊。值得注意的是，SlCLE10介導(dǎo)的抗逆機(jī)制展現(xiàn)出跨物種的保守性。外源施加低劑量的SlCLE10小肽可顯著促進(jìn)茄科（煙草、茄子、辣椒）、十字花科（油菜、青菜）和葫蘆科（黃瓜）多種作物的根毛伸長(zhǎng)，并提升這些作物在滲透脅迫下的生物量積累和抗旱能力。

SlCLE10-SlMAPK6-SlACS2模式圖