植物的生长发育依赖于根系对水分和养分的吸收。其中，凯氏带 (Casparian strip) 在营养吸收中扮演着重要的角色。它是内皮层紧贴细胞壁的组织，常有木栓化加厚并呈带状环绕细胞一周，为植物的根提供了一个屏障，防止矿物质元素从土壤溶液直接进入根木质部。在拟南芥中，凯氏带的形成及作用机制已经有许多报道，但水稻的凯氏带形成机制及其在养分的吸收中的作用机制仍然不清楚。
近日，广西大学生命科学与技术学院夏继星课题组在国际著名植物学术期刊The Plant Cell在线发表了题为OsCASP1 is required for Casparian strip formation at endodermal cells of rice roots for selective uptake of mineral elements的研究论文。该研究揭示了凯氏带在水稻根对矿质元素吸收中的作用，弥补了单子叶植物凯氏带形成机理和功能研究的匮乏。
为了适应不同的生长环境条件，水稻根在外皮层和内皮层分别形成一条凯氏带。该研究对水稻中5个凯氏带结构域蛋白OsCASP (Casparian strip domain protein) 进行了功能分析，结果表明，仅OsCASP1参与水稻内皮层凯氏带的形成。OsCASP1主要在根的伸长区表达，在凯氏带形成前，OsCASP1蛋白非极性定位于内皮层细胞质膜上，凯氏带形成后极性定位于内皮层细胞背斜侧的中部。敲除OsCASP1导致内皮层凯氏带形成的缺陷，突变体植株在土培和水培条件下的生长均受到抑制。金属元素分析表明，与野生型相比突变体植株在地上部分积累了较高的Ca，而积累较低的Ge，Mn、Zn、Fe、Cd和As。在高钙生长条件下，突变体的生长受到更严重的抑制。此外，内皮层凯氏带的缺陷也影响转运蛋白在内皮层细胞质膜上的积累。比如，硅转运体Lsi1的蛋白丰度在oscasp1突变体的内皮层细胞质膜上显著降低，导致硅的吸收量显著减少。这些结果表明，OsCASP1是内皮层凯氏带的形成所必需的，在水稻根对矿质元素吸收中起着重要的作用，特别是对钙和硅的吸收。
在水稻野生型和突变体中，根不同位置的凯氏带（红色）空间发育、木栓质积累（黄色）和元素吸收示意图
www.plantcell.org/content/early/2019/09/04/tpc.19.00296
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