植物的生长与发育高度依赖于其根系从土壤中有效吸收水分和矿物质营养的能力。在这其中，根内皮层作为最内层的细胞组织，扮演着调节水分和矿物质养分吸收的关键角色。这一细胞层在分化过程中会形成凯氏带和木栓质片层这两种特殊的屏障结构，它们对于植物选择性地吸收水分和养分以及适应环境压力至关重要。近年来，广西大学的夏继星教授领导的研究团队深入探讨了水稻根内皮层凯氏带形成背后的分子机制，取得了显著成果。他们的研究表明，OsCIF1/2-OsSGN3a/b信号通路与转录因子OsSHR-OsSCR-OsMYB36a/b/c调控网络之间存在协同作用，共同决定了水稻根内皮层凯氏带的形成（Wang et al., 2019; Wang et al., 2022; Zhang et al., 2024）。不过，关于水稻内皮层木质化和木栓化过程的分子基础，以及这些过程如何帮助植物应对环境挑战，仍有许多未解之谜。
近日，广西大学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“Four MYB transcription factors regulate suberization and non-localized lignification at the root endodermis in rice”的研究论文，该研究揭示了OsMYB36a/b/c-OsMYB39a/41/92a/92b模块调控水稻根内皮层木质化和木栓化的分子机制及其在耐盐胁迫中的作用机制。
图1 野生型和Osmyb39a/41/92a/92b突变体根内皮层木质素累积的观察
图2 在正常和胁迫条件下对野生型和Osmybs突变体根内皮层木栓质累积的观察
这项研究指出，四种MYB转录因子（OsMYB39a、OsMYB41、OsMYB92a和OsMYB92b）协同作用，管理水稻根内皮层的木栓化和非定点木质化过程。这些转录因子受到OsMYB36a/b/c、OsCIF-OsSGN3信号路径以及环境压力信号的影响。实验表明，当这四个基因同时发生突变时，根内皮层的木栓质层会完全消失，且凯氏带与邻近皮层间的木质化区域不再有木质素积累，但凯氏带本身的形成不受影响。此外，在施加ABA、NaCl或CdSO4等逆境条件下，四重突变体的根内皮层也无法形成木栓质层。相比之下，特定于内皮层的任一OsMYB基因过表达可以促进木栓层和非定点木质化在内皮层的早期形成。特别是，过表达OsMYB92a能够显著减少地上部分钠离子的积累，从而加强水稻的耐盐能力。通过转录组学分析，研究人员还鉴定了152个由OsMYB39a/41/92a/92b直接调控的目标基因，其中包括多个参与木质化和木栓层形成的关键基因，如OsCYP86A1、LACs、CYPs和GELPs。总之，这些发现不仅深化了我们对水稻根内皮层木质化和木栓化调控机制的理解，也为利用生物技术手段调整植物对逆境的适应性提供了新的思路。
图3 野生型、Osmyb39a/41/92a/92b突变体以及OsMYB92a过表达株系耐盐性分析
该文章以广西大学为第一作者和唯一通讯作者单位，博士生陈兴祥为论文第一作者，夏继星教授为本文通讯作者。该工作得到了华南农业大学刘耀光院士、谢先荣副研究员和西北农林科技大学王中华教授的帮助和指导。该研究得到了国家自然科学基金项目、广西自然科学基金项目的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koae278
