干旱胁迫严重威胁农业生产和粮食安全。植物根系在调控水分吸收方面发挥着关键作用，对于植物应对干旱胁迫具有重要意义。根系水分吸收不仅依赖于根系的生长状态，还与其内在水分运输能力（即根系导水率，root hydraulic conductivity，Lpr）密切相关。根系水分运输包括从土壤到根中柱的径向运输和沿木质部导管的轴向运输。目前，关于植物根系导水率调控机制的研究仍十分有限。
近日，河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室/生命科学学院唐宁课题组在The Plant Cell在线发表了题为“The transcription factors DOF4.6 and XND1 jointly regulate root hydraulics and drought responses in Arabidopsis”的研究论文。本研究以全基因组关联分析鉴定出的拟南芥根系导水率关键调控基因XND1（XYLEM NAC DOMAIN 1）为基础，对其作用机制进行了深入研究。系统揭示了XND1与转录因子DOF4.6互作，协同调控根系木质部的发育以及水孔蛋白的功能，从而影响水分运输和抗旱性的分子机制。
具体而言，该研究通过互作蛋白筛选，鉴定转录因子XND1与DOF4.6之间存在相互作用，并进一步揭示两者在根系水分运输和干旱应答过程中均发挥负调控功能。深入研究表明，XND1和DOF4.6协同调节下游基因的表达，从而抑制根部木质部的形成（图1）。DOF4.6能够显著增强XND1与木质部发育相关的半胱氨酸蛋白酶基因XCP1启动子的结合能力，进而抑制其表达，对木质部发育进程产生影响。值得注意的是，DOF4.6还能够独立于XND1发挥功能，通过直接抑制水孔蛋白 PIP2;5和PIP2;6的表达，对水分径向运输发挥潜在的直接调节作用。
图1. XND1和DOF4.6负调控根系木质部形成、导水率和抗旱性
综上所述，XND1-DOF4.6互作模块通过协同调节木质部介导的轴向运输和水通道蛋白介导的径向运输途径，负调控水分运输和抗旱性（图2）。一方面，DOF4.6 与 XND1 互作，增强 XND1 与木质部相关靶基因的结合，从而抑制木质部的形成。另一方面，DOF4.6可直接抑制水孔蛋白的表达，从而影响水分运输和抗旱性。该研究首次阐明了根系水分轴向运输和径向运输的协同调控机制，为植物根系导水率和抗旱调控机制提供了新的认识，为作物抗旱遗传改良提供理论依据。
图2. 转录因子DOF4.6与XND1互作调控根系水分运输
河南大学博士研究生丁炳莉为该论文第一作者，唐宁教授为该论文通讯作者。法国国家科学研究中心/法国科学院Christophe Maurel院士、武汉大学侯昕教授、信阳师范大学石亚飞博士以及河南大学闫大伟教授、黄榆普博士为该论文提供了重要指导和帮助。河南大学硕士生梁梦瑜、张润灵以及博士生王晶晶为该论文做出了重要贡献。河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室和生命科学学院为该研究提供了重要支持。该研究得到国家自然科学基金、河南省自然科学基金、河南省科技研发计划联合基金、河南大学杰出人才特区支持计划等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koaf083
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