豆科植物中凯氏带（Casparian strip）与固氮结瘤的关联研究

《SCIENCE》：Apoplastic barriers are essential for nodule formation and nitrogen fixation in Lotus japonicus

为探究豆科植物结瘤与凯氏带形成关系，研究人员以百脉根为对象，发现两者存在重要联系，意义重大。

　　维管植物通过在细胞外空间形成一种名为凯氏带（Casparian strip）的屏障来调节水分和养分通过根部的流动。研究人员鉴定出了参与百脉根（Lotus japonicus，一种能与固氮细菌形成共生关系的豆科植物）中凯氏带形成的基因。此外，研究发现，缺乏凯氏带的突变体形成固氮根瘤的能力较弱，这意味着这些过程之间存在联系。凯氏带的存在还影响了调节结瘤的根 - 茎信号肽的表达。这项研究拓展了凯氏带的作用，并将其与植物根部结瘤的空间调节联系起来。

凯氏带这种质外体根屏障在根发育早期就已形成。在豆科植物中，这个区域与固氮根瘤的形成区域重叠，这就引发了结瘤和屏障形成之间可能存在关联的猜想。根瘤中也含有凯氏带，但在这种情况下，其作用尚不明确。研究人员构建了百脉根中存在屏障缺陷的突变体。结果表明，内皮层中有效的质外体阻断对于结瘤所依赖的根 - 茎信号至关重要。研究进一步发现，在根瘤中，凯氏带形成的遗传机制与根中是相同的。质外体阻断控制着固氮所需的代谢源 - 库状态。这表明凯氏带可作为研究空间受限的植物 - 微生物共生关系的模型系统。