水稻Fasciclin-like阿拉伯半乳糖蛋白OsFLA8调控凯氏带形成与盐胁迫响应的分子机制

【编辑推荐】本研究揭示了水稻FASCICLIN-LIKE ARABINOGALACTAN PROTEIN (OsFLA8)通过转录因子OsMYB36a调控凯氏带(Casparian strip, CS)木质素沉积及离子稳态的分子机制。研究人员利用CRISPR/Cas9技术构建Osfla8突变体，发现其CS结构缺陷导致Na+ /Ca2+ 失衡和盐敏感表型，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

在植物与环境的博弈中，根系如同精密的"分子筛"，其内皮层凯氏带(Casparian strip, CS)的木质素屏障决定着水分和离子的选择性吸收。水稻作为全球半数人口的主粮，其独特的双CS系统（外皮层+内皮层）虽能增强盐耐受性，但调控这一结构的分子网络仍存在大量未知。尤其令人困惑的是，阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs)家族中兼具细胞粘附与信号传导功能的Fasciclin-like亚型(FLAs)，在水稻CS形成中是否扮演关键角色？这一科学谜题直接关系到耐盐水稻品种的设计培育。

广西自然科学基金资助的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，首次揭示了OsFLA8通过OsMYB36a转录调控网络参与CS建立的分子机制。研究人员采用CRISPR/Cas9基因编辑构建突变体，结合亚细胞定位、离子组学和启动子结合实验，发现定位于内质网和质膜的双靶向蛋白OsFLA8能特异性影响CS木质素沉积而不改变栓质化过程。当遭遇盐胁迫时，Osfla8突变体因CS结构缺陷导致Na⁺
内流失控和Ca²⁺
信号紊乱，这一发现为解析植物离子屏障的形成提供了新视角。

关键技术包括：1) CRISPR/Cas9介导的Osfla8基因敲除；2) 激光共聚焦显微镜进行蛋白亚细胞定位；3) 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析离子组；4) 染色质免疫共沉淀(ChIP)验证转录因子结合；5) 组织化学染色追踪木质素沉积。

【OsFLA8直接受转录因子OsMYB36a调控】
转录组分析显示OsFLA8在Osmyb36多重突变体中表达显著下调。通过ChIP-qPCR和GUS报告系统证实，OsMYB36a能直接结合OsFLA8启动子的MYB核心顺式元件(Core MYB-binding site)，激活其在内皮层的特异性表达。这种调控关系将CS形成的上游转录因子与下游效应分子联系起来。

【OsFLA8参与内皮层CS形成】
苯胺蓝染色显示Osfla8突变体CS木质素沉积减少40%，但栓质染色无显著变化。透射电镜观察到突变体内皮层细胞壁结构松散，证实OsFLA8特异性调控木质素介导的CS组装。离子组分析发现突变体地上部Na⁺
积累增加2.3倍，而Ca²⁺
含量下降37%，这与盐敏感表型高度吻合。

研究结论揭示了一个级联调控通路：OsMYB36a→OsFLA8→CS木质化→离子稳态。不同于拟南芥AtFLA4/SOS5的盐响应机制，水稻OsFLA8通过空间特异性表达影响CS完整性，这种组织特异性调控为作物改良提供了新思路。讨论部分指出，OsFLA8可能通过其Fasciclin结构域(FAS)介导细胞间通讯，或作为糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定蛋白参与细胞壁重塑，这些假说有待后续研究验证。该工作不仅填补了单子叶植物CS调控网络的空白，也为利用合成生物学手段设计"智能根系"奠定了理论基础。