植物在长期进化过程中，为了最大限度的从土壤中获取有限的养分资源，会对养分的空间异质性产生各种可塑性反应，如根系发育和结构的可塑性。根系对低养分或局部养分供应的生长响应通常被称为“觅食反应”（foragingresponse），主要表现为整个根系系统增殖能力的增强（尤其当氮磷轻度缺乏时）。氮是影响根系结构的关键因素，根系发育对氮水平、形态及分布特征均有强烈响应。研究表明，在缺氮条件下，植物通常会强烈诱导主根和侧根的伸长，这种结构上的改变会通过扩大的根系系统增加土壤养分的吸收，同时伴随根系直径和细胞壁稳定性的降低。此外，在轻度缺氮条件下，TAR2(TRYPTOPHANAMINOTRANSFERASERELATED2)介导的植物生长素合成对侧根形成至关重要，但是与侧根的伸长关联不大；相反，BSK3(BRASSINOSTEROIDSIGNALINGKINASE3)在轻度缺氮条件下对初生根伸长的贡献很大，表明此时油菜素甾醇(BRs)的潜在作用，但是目前尚不清楚低氮条件下根系觅食反应的调节机制。近日，德国LeibnizInstituteofPlantGeneticsandCropPlantResearch的NicolausvonWirén课题组在PlantPhysiology在线发表了一篇题为TherootforagingresponseunderlownitrogendependsonDWARF1-mediatedbrassinosteroidbiosynthesis的研究论文，进一步通过全基因组关联研究（GWAS）探索了轻度缺氮条件下参与根系觅食反应的关键基因并揭示了BRs在该过程中的关键作用。该研究首先通过GWAS分析鉴定出负责BRs生物合成的基因DWARF1(DWF1)，并且DWF1的敲除导致拟南芥主根和侧根长度的降低并且对低氮的响应被减弱，而过表达DWF1显著增加了平均根长。低氮会诱导DWF1的表达并且DWF1的非编码变异导致转录变化从而引起根长的改变。以上表明DWF1是参与轻度缺氮诱导的根系伸长反应的关键基因。该研究发现，除DWF1外，低氮还上调了其他关键BR生物合成基因，包括CPD(CONSTITUTIVEPHOTOMORPHOGENICDWARF)、DWF4(DWARF4)和BR6OX2(BRASSINOSTEROID-6-OXIDASE2)。而这些基因的敲除同样导致根系觅食反应的减弱，表明低氮通过调节BRs的生物合成刺激根系的伸长。此外，低N诱导的根系伸长与地上部氮含量相关，DWF1的过表达可以通过增加生物量提高地上部的氮积累。RootarchitectureofDWF1RNAiandoverexpressinglinesinresponsetolowN总之，该研究表明轻度缺氮会诱导BR生物合成基因的表达，从而有助于根系的觅食反应。DWF1有助于提高根系氮素吸收效率，为未来高效农业的分子育种提供了方向。

参考文献

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