一作解读 | NC | TaCLE24b多肽信号途径调控小麦侧根发育和抗旱机理研究
小麦（Triticum aestivum L.）是全球最重要的粮食作物之一，侧根作为根系的重要组成部分，能够显著增加根系表面积，提升水分和养分的吸收效率，从而增强作物的抗旱能力。植物多肽激素在调控植物生长发育和逆境响应中发挥着重要作用，尤其是CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION-related (CLE)多肽家族，已被广泛证实参与植物生长发育的多个方面。然而，小麦中CLE多肽的功能及其分子机制尚不明确。因此，在小麦中研究植物多肽激素在调节根系发育及响应非生物胁迫的分子机制具有重要意义。
2025年2月25日，中国农业大学农学院小麦研究中心在Nature Communications期刊在线发表了一篇题为“The TaCLE24b peptide signaling cascade modulates lateral root development and drought tolerance in wheat”的研究论文。该研究解析了一个新的信号调控模块TaCLE24b-TaCLV1-TaSG-D1，该模块调控小麦侧根的生长发育和小麦的抗旱能力。
本研究鉴定了一个在小麦根部特异性表达的CLE多肽基因TaCLE24b。通过功能研究发现，外源施加TaCLE24b多肽能够显著促进侧根原基的形成和侧根的生长发育。与此一致的是，TaCLE24b过表达材料表现出侧根密度的显著增加，而TaCLE24敲除材料则表现出侧根发育的明显抑制。更为重要的是，外源施加TaCLE24b多肽能够将TaCLE24敲除材料的表型恢复至野生型水平。这些实验结果充分证明，TaCLE24b在小麦中正向调控侧根原基的形成和侧根的生长发育。
通过对一组受体样激酶的系统筛选，研究团队成功鉴定出TaCLV1作为TaCLE24b多肽的受体。微量热泳动（MST）试验表明，TaCLE24b与TaCLV1之间存在特异性结合。转基因试验表明，TaCLV1突变体表现出侧根密度的显著降低，且对TaCLE24b多肽的敏感性显著降低。上述实验结果说明，TaCLV1是TaCLE24b的受体，并在TaCLE24b介导的信号传导通路中发挥重要作用，从而促进小麦侧根的生长发育。
进一步研究发现，TaSG-D1敲除突变体表现出侧根密度显著增加，且对TaCLE24b多肽处理几乎无响应。说明TaSG-D1抑制小麦侧根原基形成和侧根生长发育。通过杂交实验发现，TaSG-D1位于TaCLV1信号通路的下游发挥作用。Co-IP等实验证实，TaCLV1能够与TaSG-D1相互作用。进一步的磷酸化和降解试验表明，TaCLV1通过磷酸化TaSG-D1促进其降解，从而解除TaSG-D1对侧根发育的抑制作用。此外，TaCLE24b多肽通过增强TaCLV1磷酸化TaSG-D1的能力，进一步促进TaSG-D1的降解，从而精细调控小麦侧根发育。
作物侧根发育与抗旱性密切相关，通过苗期的抗旱鉴定发现TaCLE24b敲除突变体幼苗存活率显著降低，而TaCLE24b过表达株系存活率提高。田间实验表明，TaCLE24b过表达的转基因株系表现出更高的叶片叶绿素含量和千粒重，此外，TaCLE24b过表达材料还同时提高了旱处理条件下的气孔关闭率，减少了水分流失。这些结果表明，TaCLE24b通过促进侧根发育和增加气孔关闭比例，显著提升了小麦的抗旱能力。
结论与讨论
在本研究中，我们发现TaCLE24b多肽与受体TaCLV1结合，并增强其与TaSG-D1的互作能力，从而导致TaSG-D1蛋白的磷酸化和降解增加，进而促进侧根和侧根原基的发育。同时，TaCLE24b的组成型表达则通过综合调控侧根发育、气孔关闭和叶绿素含量，显著增强了小麦的抗旱性。我们的研究结果加深了对小麦根系发育的分子机制的理解，也为小麦抗旱性的改良提供了新的基因资源。
中国农业大学农学院小麦研究中心辛明明教授为该论文的通讯作者，博士研究生杨文和已毕业博士研究生冯曼为论文共同第一作者。中国农业大学孙其信院士、倪中福教授、彭惠茹教授、姚颖垠教授、胡兆荣教授、秦峰教授、青岛农业大学张玉梅教授和日本理化学研究所Fuminori Takahashi教授对该工作进行了指导和帮助；感谢Matthew Reynolds博士对手稿的修改；已毕业博士研究生余阔海、曹洁和博士研究生崔广宪参与了该工作。本研究得到了中国国家自然科学基金（31922067、U22A20471）的支持。
小麦族多组学网站：http://wheatomics.sdau.edu.cn
投稿、合作等邮箱：shengweima@icloud.com
（转自：小麦研究联盟）
声明：
- 风险提示：以上内容仅来自互联网，文中内容或观点仅作为原作者或者原网站的观点，不代表本站的任何立场，不构成与本站相关的任何投资建议。在作出任何投资决定前，投资者应根据自身情况考虑投资产品相关的风险因素，并于需要时咨询专业投资顾问意见。本站竭力但不能证实上述内容的真实性、准确性和原创性，对此本站不做任何保证和承诺。
- 本站认真尊重知识产权及您的合法权益，如发现本站内容或相关标识侵犯了您的权益，请您与我们联系删除。
推荐文章：