シロイヌナズナのエコタイプの比較分析は、根水感覚におけるブラシノステロイドの役割を明らかにしています

植物の根は、土壌水分勾配に反応し、ハイドロトロピズムを通じて水に対する成長の方向を改造します。これは、変化する土壌環境への順応に不可欠なプロセスです。ただし、根の水素性応答の根底にあるメカニズムは、よく理解されていません。ここでは、世界のさまざまな地域から収集され、特別に設計された土壌シミュレーションシステムで水分勾配に沿って成長した31のシロイヌナズナ（シロイヌナズナ）のエコタイプの流ropismを調べました。比較トランスクリプトームプロファイリングと生理学的分析は、3つの選択されたエコタイプ、Wassilewskija（WS）、Columbia（COL-0）（強力に水素性）、COL-0（中程度に水素性）、およびC24（弱い水素化）、および変化した根水透過性応答を伴う変異株で実施しました。H+流出、Ca2+流入、酸化還元恒常性、エピジェネティックな調節、および植物ホルモンシグナル伝達が根の水素症に寄与する可能性があることを示しています。植物ホルモンの中で、ブラシノステロイド（BRS）の役割をさらに調べました。BR生合成の阻害剤の存在下では、WSで観察される強力な水圧反応が減少しました。根H+流出と一次根の伸長も、弱い水素性応答を示したエコタイプであるC24と比較すると阻害されました。BR-Insensitive変異体Bri1-5は、野生型WSと比較した場合、垂直または斜めの方向における水分勾配の根の成長阻害と根の曲率が高いことを示しました。また、BRI1（BR受容体）がAHA2（原形質膜H+-ATPase）と相互作用し、その発現パターンが高度に協調されていることを実証します。この相乗作用は、WSで観察された強力なハイドロトロピアに寄与する可能性があります。我々の結果は、Brに関連したH+流出がシロイヌナズナの根の水素化反応において重要であることを示唆しています。

Plant roots respond to soil moisture gradients and remodel their growth orientation toward water through hydrotropism, a process vital for acclimation to a changing soil environment. Mechanisms underlying the root hydrotropic response, however, remain poorly understood. Here, we examined hydrotropism in 31 Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ecotypes collected from different parts of the world and grown along moisture gradients in a specially designed soil-simulation system. Comparative transcriptome profiling and physiological analyses were carried out on three selected ecotypes, Wassilewskija (Ws), Columbia (Col-0) (strongly hydrotropic), Col-0 (moderately hydrotropic), and C24 (weakly hydrotropic), and in mutant lines with altered root hydrotropic responses. We show that H+ efflux, Ca2+ influx, redox homeostasis, epigenetic regulation, and phytohormone signaling may contribute to root hydrotropism. Among phytohormones, the role of brassinosteroids (BRs) was examined further. In the presence of an inhibitor of BR biosynthesis, the strong hydrotropic response observed in Ws was reduced. The root H+ efflux and primary root elongation also were inhibited when compared with C24, an ecotype that showed a weak hydrotropic response. The BR-insensitive mutant bri1-5 displayed higher rates of root growth inhibition and root curvature on moisture gradients in vertical or oblique orientation when compared with wild-type Ws. We also demonstrate that BRI1 (a BR receptor) interacts with AHA2 (a plasma membrane H+-ATPase) and that their expression patterns are highly coordinated. This synergistic action may contribute to the strong hydrotropism observed in Ws. Our results suggest that BR-associated H+ efflux is critical in the hydrotropic response of Arabidopsis roots.