近日，园艺学院已毕业博士王茜（现为食品学院博士后）和在读博士生罗珺峰以共同第一作者在The Plant Cell杂志以长文（article）形式发表题为“Orchestration of ethylene and gibberellin signals determines root growth and K+ uptake in tomato”的研究论文。园艺学院姜晶教授为论文通讯作者。
钾离子是是植物生长发育所必需的大量营养元素之一，番茄作为全球广泛种植的重要经济作物，对低钾（LK）胁迫高度敏感。低钾会导致番茄根系生长受抑制、老叶黄化并最终导致减产。已知乙烯信号在拟南芥等植物响应低钾胁迫并抑制主根生长的过程中发挥着关键作用。然而，在低钾条件下，乙烯信号具体是如何调控番茄根系生长的，其分子机制尚不明确。此外，植物激素间存在复杂的串扰网络，如赤霉素（GA）通常能促进根系生长，但乙烯与赤霉素在低钾抑制根系生长过程中的协同调控机制仍是未解之谜。
课题组前期通过正向遗传学研究发现磷脂酶SlPLDδ参与番茄低钾胁迫响应，然而低钾胁迫下SlPLDδ如何调控番茄生长和K+吸收的分子机制尚不清楚。该研究揭示SlPLDδ与SlACO1互作抑制低钾胁迫下乙烯含量，解析了乙烯响应因子SlERN1抑制番茄低钾耐性。进一步发现SlERN1抑制赤霉素生物合成基因SlGA20ox1和SlGA20ox3的表达，调控赤霉素含量，从而调控番茄根系生长。此外，SlERN1抑制钾离子通道SlLKT1的表达，从而调控番茄K+吸收。该研究不仅揭示了乙烯与赤霉素信号在逆境下拮抗调控植物根系发育与营养吸收的全新机制，也为未来通过基因编辑或分子标记辅助育种培育高效吸收钾肥、耐低钾胁迫的智能作物提供了极具价值的基因靶点。
已毕业博士张琼琼、在读博士生冯宇婷、硕士生卜令超等共同参与了研究工作，现代设施园艺工程技术中心李天来院士、刘玉凤教授、园艺学院刘欣副教授在课题设计、数据分析、论文撰写等方面给予了重要帮助。该研究得到了国家自然科学基金面上项目等资助。（园艺学院 刘欣）
番茄低钾胁迫调控模式图
论文连接：https://doi.org/10.1093/plcell/koag076
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