植物根系与土壤的对话者

　　植物根系的干重虽然不及整个植物体干重的1/5，但其在土壤中展布的范围，有时要比植物体地上部分所占空间还要广。植物根系对植物起固定和支撑的作用，具有吸收水分和养分的重要功能，还能合成某些重要的生命物质，在生态系统的生物地球化学循环中扮演着重要角色。植物根系在土壤中生长和进行呼吸作用，需要土壤有适宜的温度和通气条件。土壤对于植物的影响取决于土壤的物理特性、化学特性和生物学特性。总之，土壤和植物根系交互作用是土壤圈与生物圈之间的物质循环。它们之间相互作用，植物根系发育与土壤资源利用是一个关系到人类生存环境的大课题，其科学性、复杂性，非简单语言可以表述。作为教育部青年长江学者，宣伟多年来一直致力于该项课题的研究，并取得了一系列原创性成果。创新科研，随“根”应变

　　宣伟出生于四大花海之一，以“千岛菜花”而闻名遐迩的江苏兴化，土壤肥沃、河网稠密的江苏兴化也是著名的“鱼米之乡”。周围生活环境对他的影响是潜移默化的，他从小便对周围的植物产生了浓厚的兴趣，经常在花盆中摆放不同的植物，或采摘不同的植物插在透明玻璃瓶中，观察其生长和根系变化。宣伟发现根系是植物从土壤中感应和吸收生长必需的水分及营养元素的重要器官，网络式的根系发育模式勾起了他的求知探索欲望，在高考报考时宣伟毅然决然地选择了植物根系研究方向的专业，通过自己的努力解答童年的疑惑。

　　宣伟发现植物根系由主根和在主根上大量形成的侧根构成，其构型具有可塑性，侧根的发生主要受到根系生物钟的调控。不同于植物地上部分的生物钟，根系生物钟周期性地发生于植物根尖的生长素信号震荡区，决定着侧根在主根上形成的时间和位置，是调控侧根发生的最上游信号。对根系的构型起着决定性的作用，是植物根系发育研究领域的最新热点。宣伟围绕根系生物钟的发生机制开展研究，通过高通量技术平台和蛋白发光成像技术，发现并证明了根系生物钟和侧根的发生受到了位于根尖的细胞凋亡信号调控的新机制。

　　国际上有关侧根的研究早期主要集中于侧根原基的发育，然而仅仅依靠经典的正反向遗传学相关研究已经很难取得突破性的进展。因此，新技术和新方法的应用已经成为侧根研究领域新的发展趋势。宣伟利用先进的荧光蛋白技术，发展了新颖的大视野荧光信号实时追踪成像系统，这一系统主要用于在大视野下实时追踪激素信号在侧根发生过程中的时空表达模式。研究发现，伴随着根尖根冠细胞的周期性凋亡，根冠中合成的生长素被运输到根尖震荡区诱导侧根的形成，宣伟进一步结合药理学和生长素运输数学模型证实了根冠特异的生长素合成途径以及生长素运输蛋白参与了对根系生物钟和侧根发生的调控，从而决定了侧根在主根上发生的位置和时间，是调控侧根发生的最上游信号。在根系生物钟发生之后，位于维管束形成层中的次级干细胞（Founder cell）感受到生长素信号，从而被激活分裂形成侧根原基，因此，Founder cell是形成侧根原基的关键，它的激活标志着在根系胚胎后发育过程中次级干细胞的形成，对于其基因调控网络的解析是植物根系发育生物学研究的热点。已有研究主要通过受到植物激素生长素的调控揭示该过程。宣伟采用发光蛋白（Luciferase）活体成像技术，通过分子生物学、发育生物学和遗传学证据揭示了侧根的发生取决于根系生物钟发生的频率和信号强度的调控，而特异发生于植物根冠中、由生长素前体IBA介导的生长素合成途径以及生长素受体TIR1调控着根系生物钟的信号幅度，进而激活Foundercell的分化。宣伟进一步整合与根系侧根发生相关的RNAseq和Micro-Array芯片数据开展基因组多元化分析，鉴定了调控Founder cell建立的关键膜激酶调控蛋白MAKR4。该蛋白特异的表达于侧根原基发育的各个阶段，感受根系生物钟信号并调控着Founder cell向侧根原基的发育。该研究成果被认为是将根系生物钟、生长素信号的周期性波动与组织特异的生长素合成途径联系了起来，并鉴定了位于根系生物钟信号下游调控侧根发生的新基因。

　　至精至诚，影响深远

　　宣伟的这些研究结果显著地推动了国际植物根系的研究，处于世界领先水平，也对研究高等植物根系形态建成在土壤中营养元素利用及逆境胁迫的响应机制中的作用提供了一个新的出发点，具有重要的理论指导意义。目前，宣伟在已有研究的基础上，以水稻等作物为研究对象，深入解析作物根系高效吸收利用氮素的分子机制及信号转导网络。一方面从细胞水平研究水稻中氮素相关转运蛋白的功能和基因调控网络，以及环境因子对水稻根系氮素吸收的影响和分子机制；另一方面，重点探讨长距离移动信号分子作为系统信号，通过激活其特异的受体及下游信号调控植物根系感应局部氮素信号，且在氮素吸收过程中的作用及分子机制。近期，他在植物学权威杂志CurrentOpinion in Plant Biology发表文章，详细阐述了相关科学理论，得到了国际同行的认可。目前，宣伟主持的科技部政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金面上项目等均围绕上述科学问题开展相关工作，通过深入研究长距离移动信号分子调控植物根系感应局部氮素信号和氮素吸收的分子机制，为进一步提高植物根系氮素的高效吸收利用提供新的候选基因和研究思路。

　　宣伟说：“动力源于梦想，激情创造未来”。从童年的好奇疑惑，到大学本科的摸索前进再到专业化的大胆实践，宣伟实现了植物根系发育与土壤资源利用质的突破，也用事实证明了“世上无难事，只怕有心人”。学无止境，相信在不久的将来，随着宣伟主持的科技部政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金面上项目等工作的开展，他将用自己的辛勤汗水浇灌着梦想之田，也收获着属于自己的那份喜悦，将小小的根系发扬光大。

　　徐　飞