2023年4月6日，云南农业大学植物保护学院杜云龙教授团队联合中国科学院西双版纳热带植物园刘长宁研究员团队、云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所张仲凯教授团队在国际知名期刊《The Plant Journal》（2022，IF = 7.091）上发表题为“Salicylic acid inhibits rice endocytic protein

trafficking mediated by OsPIN3t and clathrin to affect root growth”的研究论文，该文章揭示了水杨酸通过整合转录调控和非典型的水杨酸信号途径影响水稻根系的生长，这个过程涉及到的OsPIN3t介导的生长素运输和网格蛋白介导的胞吞途径在水杨酸调控根系生长中起到关键作用。

水杨酸（Salicylic acid，SA）作为一种重要的植物内源激素，在植物根系生长发育中起着重要作用，而生长素的不对称分布调控根系生长。在双子叶植物拟南芥中，SA参与根毛形成、根伸长、侧根萌发及根波动生长。但是，水杨酸对水稻根系发育影响的分子机制尚不清楚。为了探究水杨酸对水稻根系发育的影响，该研究首先通过外源SA处理野生型水稻日本晴（Nipponbare）和丽江新团黑谷(LTH)，以及利用内源高表达SA的水稻NB-7B-70和低表达SA的NahG水稻，发现SA可以抑制水稻根系的生长（图1）。

图1.水杨酸抑制水稻根系生长

为了探究水杨酸是否可通过抑制细胞胞吞改变生长素运输而影响水稻根系生长，水稻幼苗的根经SA处理后，发现膜蛋白及生长素输出蛋白OsPIN1b、OsPIN2及OsPIN3t在根表皮细胞的细胞膜上的含量增加，生长素运输蛋白OsPIN1b、OsPIN2及OsPIN3t的胞吞被抑制（图2）。

图2.水杨酸抑制水稻根表皮细胞的膜蛋白和生长素输出蛋白的胞吞

为了探究SA调控水稻根生长发育的分子机制，该研究通过对SA处理后的水稻幼苗的根中转录组数据进行分析，结果显示，生长素输出蛋白OsPIN3t与网格蛋白的重链基因处于同一个基因调控网络（GRN），说明水杨酸可以通过干扰OsPIN3t和网格蛋白形成的GRN来影响生长素运输，从而调控水稻根系的生长。进一步通过用SA处理网格蛋白chc突变体水稻，发现水稻胚根生长对水杨酸不敏感，说明水杨酸对水稻的根系生长依赖于网格蛋白（图3）。

图3. SA处理水稻后的基因调控网络和网格蛋白重链突变体的根系表型

该研究进一步用SA处理水稻突变体pin3t，发现胚根生长和胞吞对水杨酸不敏感，说明水杨酸对水稻的根系生长和胞吞的抑制作用依赖于OsPIN3t蛋白，然而，在水杨酸处理下，由网格蛋白抑制剂tyrphostin A23介导的根系生长和胞吞作用不依赖于OsPIN3t蛋白（图4）。

图4. SA不抑制tyrphostin A23处理后的水稻突变体pin3t的根系生长和胞吞

综上，该研究揭示了OsPIN3t介导的生长素运输和网格蛋白介导的胞吞途径是SA调控水稻根系生长的关键组分。

云南农业大学在读博士生江丽慧、在读硕士研究生张晓燕及已毕业硕士研究生武丽霞、中国科学院西双版纳热带植物园在读博士生姚宝林为该论文共同第一作者，云南农业大学杜云龙教授、中国科学院西双版纳热带植物园刘长宁研究员、云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所张仲凯研究员为该论文的共同通讯作者。奥地利科学和技术研究所(IST Austria)Ji?í Friml教授、西南林业大学何霞红教授和河北师范大学朱正歌教授等参与了本论文部分工作。该研究得到了国家自然科学基金、云南省应用基础研究计划重点项目、云南省教育厅科研重大专项、西双版纳热带植物园启动基金、云南省“高端人才计划”、云南省重大科技项目、云南省中青年学术技术带头人后备人才计划等项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16218