近日，上海交通大學李子興團隊與上海農業(yè)科學院張迎迎團隊合作在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。上海交通大學李子興副教授與上海農業(yè)科學院張迎迎研究員為該論文的共同通訊作者。上海交通大學博士研究生王曦若為論文的第一作者。

該研究鑒定到一個在番茄根中快速響應高滲脅迫的CLE家族成員SlCLE10。通過proSlCLE10::GUS轉基因植株的組織化學染色發(fā)現(xiàn)，在滲透脅迫處理短時間內，SlCLE10啟動子活性在根尖、成熟區(qū)及根毛中均顯著增強，表明SlCLE10小肽是番茄根中感知滲透脅迫的早期信號分子。功能研究顯示，SlCLE10 過表達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。進一步的觀察證實，SlCLE10通過調控根毛發(fā)育增強抗旱性。在滲透脅迫下，SlCLE10過表達植株的根毛更長更密，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）小肽顯著促進根毛在高滲條件下的生長。機制解析表明，SlCLE10對根毛發(fā)育的調控依賴乙烯合成與信號傳導。在滲透脅迫下，SlCLE10過表達植株乙烯釋放量顯著增加，乙烯合成和信號通路關鍵基因表達量也同步上調。而施加乙烯合成抑制劑AVG或信號抑制劑1-MCP，可完全阻斷SlCLE10介導的根毛伸長，證實乙烯是SlCLE10下游調控根毛發(fā)育的關鍵信號分子。

進一步生化實驗揭示，SlCLE10通過激活SlMAPK6激酶，進而促進SlMAPK6與乙烯合成關鍵酶 SlACS2 發(fā)生相互作用，并對 SlACS2 進行磷酸化修飾。該磷酸化修飾不僅增強了SlACS2的蛋白穩(wěn)定性，還有效提升了其催化活性，進而驅動乙烯的合成。遺傳學證據(jù)進一步表明，slacs2突變體完全喪失了對SlCLE10介導的根毛生長促進作用的響應，直接證實SlCLE10-SlMAPK6-SlACS2構成了調控根毛發(fā)育的核心信號模塊。值得注意的是，SlCLE10介導的抗逆機制展現(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，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