OsAMT1;1 and OsAMT1;2 Coordinate Root Morphological and Physiological Responses to Ammonium for Efficient Nitrogen Foraging in Rice

觅食 延伸率 生物 饲料 突变体 氮气 根毛 氮气循环 化学 细胞生物学 生物物理学 植物 生物化学 生态学 基因 材料科学 有机化学 极限抗拉强度 冶金
作者
Xiangyu Wu,Xiaoxiao Xie,Shan Yang,Qianyu Yin,Huairong Cao,Xiaonan Dong,Jing Hui,Zhi Liu,Zhongtao Jia,Chuanzao Mao,Lixing Yuan
出处
期刊:Plant and Cell Physiology [Oxford University Press]
卷期号:63 (9): 1309-1320 被引量:12
标识
DOI:10.1093/pcp/pcac104
摘要

Abstract Optimal plant growth and development rely on morphological and physiological adaptions of the root system to forage heterogeneously distributed nitrogen (N) in soils. Rice grows mainly in the paddy soil where ammonium (NH4+) is present as the major N source. Although root NH4+ foraging behaviors are expected to be agronomically relevant, the underlying mechanism remains largely unknown. Here, we showed that NH4+ supply transiently enhanced the high-affinity NH4+ uptake and stimulated lateral root (LR) branching and elongation. These synergistic physiological and morphological responses were closely related to NH4+-induced expression of NH4+ transporters OsAMT1;1 and OsAMT1;2 in roots. The two independent double mutants (dko) defective in OsAMT1;1 and OsAMT1;2 failed to induce NH4+ uptake and stimulate LR formation, suggesting that OsAMT1s conferred the substrate-dependent root NH4+ foraging. In dko plants, NH4+ was unable to activate the expression of OsPIN2, and the OsPIN2 mutant (lra1) exhibited a strong reduction in NH4+-triggered LR branching, suggesting that the auxin pathway was likely involved in OsAMT1s-dependent LR branching. Importantly, OsAMT1s-dependent root NH4+ foraging behaviors facilitated rice growth and N acquisition under fluctuating NH4+ supply. These results revealed an essential role of OsAMT1s in synergizing root morphological and physiological processes, allowing for efficient root NH4+ foraging to optimize N capture under fluctuating N availabilities.
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