Cell Res | 细胞分裂素不对称分布决定拟南芥根系的向水性

　　植物根尖感知土壤水分梯度和向较高水势生长的现象被认为是根向水化现象，当水分成为限制因素时，水分胁迫是植物生存的关键。然而，调控这一基本过程的分子机制在很大程度上尚不清楚。2019年10月10号，兰州大学生命科学学院黎家研究团队在Cell Research上在线发表了题为Asymmetric distribution of cytokinins determines root hydrotropism in Arabidopsis thaliana的研究论文。研究人员发现细胞分裂素是在水分梯度条件下指导根系生长方向的关键信号分子，表明细胞分裂素的不对称分布是控制根系向水方向的主要决定因素。

　　土壤中的水分分布基本上是不均匀的。因此，植物进化出独特的能力，使它们的根能够向更多的水分供应方向生长，以便为生存吸收足够的水。这种现象最早出现在250多年前的文献中，后来被Wiesner命名为水化现象。此后，人们进行了各种调查，试图阐明控制根向水化的机制。Jaffe等人使用一种名为ageotropum的豌豆突变体，其根不能同时表现出重力性和光向性。发现该突变体仍具有正常的根向性，表明根向水的调节机制不同于重力向或光向的机制。

　　利用功能缺失的遗传方法，Takahashi的等人确定了两个拟南芥点突变体，其根向性降低，命名为mizu-kussei 1(Miz1)。基于miz2的研究表明MIZ 1编码了一个DUF617结构域，命名为Miz结构域。MIZ 2包含GNOM中的一个点突变，GNOM是一种蛋白质转运所必需的内膜蛋白。使用不同的筛选系统，Cassab的小组发现了几个表现出根系水致缺陷的基因突变体。这些突变体分别被命名为无水致反应(NHR)和改变的水致反应(AHR 1)，但与NHR和AHR 1相对应的基因尚未被发现。

水化现象的作用模型

　　在这里，研究人员发现细胞分裂素是在水分梯度条件下指导根系生长方向的关键信号分子。较低水势侧的根尖细胞分裂素相对于较高水势侧表现出更多的细胞分裂素反应。因此，两种细胞分裂素ARR 16和ARR 17在较低水势侧被上调，导致分生组织区细胞分裂增加，使根向较高水势侧弯曲。遗传分析表明，各种细胞分裂素生物合成和信号突变体，包括ARR 16和ARR 17双突变体，对水刺激的反应明显减弱。化学抑制剂干预细胞分裂素生物合成或细胞分裂的处理完全消除了根系的水化反应。不对称诱导的ARR 16或ARR 17的表达能有效地导致野生型和MIZ 1的根部弯曲，这是以前已知的一种致水性缺陷突变体。这些数据表明，细胞分裂素的不对称分布是控制根系向水方向的主要决定因素。