近日，上海交通大学李子兴团队与上海农业科学院张迎迎团队合作在Plant Communications期刊上发表题为“Drought-induced SlCLE10 coordinates ethylene biosynthesis and root hair development to confer osmotic stress tolerance in tomato”的研究成果。上海交通大学李子兴副教授与上海农业科学院张迎迎研究员为该论文的共同通讯作者。上海交通大学博士研究生王曦若为论文的第一作者。
该研究鉴定到一个在番茄根中快速响应高渗胁迫的CLE家族成员SlCLE10。通过proSlCLE10::GUS转基因植株的组织化学染色发现，在渗透胁迫处理短时间内，SlCLE10启动子活性在根尖、成熟区及根毛中均显著增强，表明SlCLE10小肽是番茄根中感知渗透胁迫的早期信号分子。功能研究显示，SlCLE10 过表达植株在渗透胁迫下株高和地上部鲜重显著优于野生型，而 slcle10 突变体在相同胁迫条件下几乎完全萎蔫。进一步的观察证实，SlCLE10通过调控根毛发育增强抗旱性。在渗透胁迫下，SlCLE10过表达植株的根毛更长更密，而slcle10突变体的根毛则短小稀疏，且该表型仅在胁迫条件下出现。同时我们也发现，外源施加低剂量的SlCLE10（50-100 nM）小肽显著促进根毛在高渗条件下的生长。机制解析表明，SlCLE10对根毛发育的调控依赖乙烯合成与信号传导。在渗透胁迫下，SlCLE10过表达植株乙烯释放量显著增加，乙烯合成和信号通路关键基因表达量也同步上调。而施加乙烯合成抑制剂AVG或信号抑制剂1-MCP，可完全阻断SlCLE10介导的根毛伸长，证实乙烯是SlCLE10下游调控根毛发育的关键信号分子。
进一步生化实验揭示，SlCLE10通过激活SlMAPK6激酶，进而促进SlMAPK6与乙烯合成关键酶 SlACS2 发生相互作用，并对 SlACS2 进行磷酸化修饰。该磷酸化修饰不仅增强了SlACS2的蛋白稳定性，还有效提升了其催化活性，进而驱动乙烯的合成。遗传学证据进一步表明，slacs2突变体完全丧失了对SlCLE10介导的根毛生长促进作用的响应，直接证实SlCLE10-SlMAPK6-SlACS2构成了调控根毛发育的核心信号模块。值得注意的是，SlCLE10介导的抗逆机制展现出跨物种的保守性。外源施加低剂量的SlCLE10小肽可显著促进茄科（烟草、茄子、辣椒）、十字花科（油菜、青菜）和葫芦科（黄瓜）多种作物的根毛伸长，并提升这些作物在渗透胁迫下的生物量积累和抗旱能力。
SlCLE10-SlMAPK6-SlACS2模式图
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