Nature Commun | 中国农业大学蒋才富课题组解析凯氏带促进玉米耐盐的重要机制

责编 | 王一

盐胁迫是限制世界农业可持续发展的主要环境因素之一，研究作物盐胁迫应答的分子机制对培育高耐盐农作物有重要的理论和实践意义。4月25日, 中国农业大学生物学院/植物生理学与生物化学国家重点实验室蒋才富团队在Nature Communications发表了题为“A dirigent family protein confers variation of Casparian strip thickness and salt tolerance in maize”的研究论文，揭示了玉米dirigent蛋白ZmSTL1/ZmESBL通过调控内皮层凯氏带发育促进盐胁迫适应性的重要机制。

该研究鉴定了一个在蒸腾活跃条件下对盐胁迫超敏感的玉米自交系CIMBL45，并发现其盐胁迫超敏感表型是由于ZmSTL1功能缺失导致。ZmSTL1编码dirigent家族蛋白ZmESBL，参与调控内皮层凯氏带形成。盐胁迫条件下，野生型玉米凯氏带的形成更靠近根尖, 且其宽度增加，但ZmESBLcrispr突变体的凯氏带发育及凯氏带质外体屏障功能在对照和盐胁迫下都存在严重缺陷，表明ZmESBL是凯氏带发育的重要调控因子，盐胁迫诱导的凯氏带发育重塑过程依赖于ZmESBL的功能。进一步研究发现，盐胁迫下，ZmESBLcrispr突变体中过量的Na+通过质外体途径进入中柱，这些Na+在蒸腾活跃的条件下会通过蒸腾流被过量运输到地上部，导致其表现出蒸腾依赖的盐胁迫超敏感表型。该研究还发现拟南芥中ZmESBL的同源基因也参与调控凯氏带发育和盐胁迫应答，表明ZmESBL的功能在不同物种中是保守的。

综上所述, 该研究发现了一个重要的凯氏带发育调控因子，证明了凯氏带质外体屏障在作物Na+稳态维持中的关键作用，揭示了蒸腾作用对作物Na+长距离转运的显著影响，对认识作物耐盐的基本规律及耐盐作物培育有重要意义。

图1 ZmESBLcrispr突变体在蒸腾活跃的环境中对盐胁迫超敏感，凯氏带结构存在缺陷

该研究由中国农业大学蒋才富教授、秦峰教授和王向峰教授团队合作完成。博士生王妍妍和已毕业博士生曹一博为该论文的共同第一作者，蒋才富教授为通讯作者。相关工作得到了北京市和国家自然科学基金委相关项目的资助。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29809-0

蒋才富教授团队近年来围绕Na+吸收转运、跨膜H+梯度维持、渗透压平衡维持等耐盐碱关键生理过程开展研究，已克隆一系列关键耐盐碱QTL基因，为耐盐碱玉米培育奠定了重要的理论和实践基础。相关研究论文连接如下：

1.Nat Commun, 2022, https://www.nature.com/articles/s41467-022-29809-0

2. New Phytol, 2021, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33666235/

3. Nat Commun, 2020, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31924762/

4. Nat Plants, 2019, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31819228/

5. New Phytol,2019, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30461018/

6. New Phytol,2018, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29139111/