干旱脅迫嚴重威脅農業生產和糧食安全。植物根系在調控水分吸收方面發揮著關鍵作用，對于植物應對干旱脅迫具有重要意義。根系水分吸收不僅依賴于根系的生長狀態，還與其內在水分運輸能力（即根系導水率，root hydraulic conductivity，Lpr）密切相關。根系水分運輸包括從土壤到根中柱的徑向運輸和沿木質部導管的軸向運輸。目前，關于植物根系導水率調控機制的研究仍十分有限。

近日，河南大學省部共建作物逆境適應與改良國家重點實驗室/生命科學學院唐寧課題組在The Plant Cell在線發表了題為The transcription factors DOF4.6 and XND1 jointly regulate root hydraulics and drought responses inArabidopsis的研究論文。該研究以全基因組關聯分析鑒定出的擬南芥根系導水率關鍵調控基因XND1（XYLEM NAC DOMAIN 1）為基礎，對其作用機制進行了深入研究，系統揭示了XND1與轉錄因子DOF4.6互作，協同調控根系木質部的發育以及水孔蛋白的功能，從而影響水分運輸和抗旱性的分子機制。

該研究通過互作蛋白篩選，鑒定轉錄因子XND1與DOF4.6之間存在相互作用，并進一步揭示兩者在根系水分運輸和干旱應答過程中均發揮負調控功能。深入研究表明，XND1和DOF4.6協同調節下游基因的表達，從而抑制根部木質部的形成。DOF4.6能夠顯著增強XND1與木質部發育相關的半胱氨酸蛋白酶基因XCP1啟動子的結合能力，進而抑制其表達，對木質部發育進程產生影響。值得注意的是，DOF4.6還能夠獨立于XND1發揮功能，通過直接抑制水孔蛋白 PIP2;5和PIP2;6的表達，對水分徑向運輸發揮潛在的直接調節作用。

綜上所述，XND1-DOF4.6互作模塊通過協同調節木質部介導的軸向運輸和水通道蛋白介導的徑向運輸途徑，負調控水分運輸和抗旱性。一方面，DOF4.6 與 XND1 互作，增強 XND1 與木質部相關靶基因的結合，從而抑制木質部的形成。另一方面，DOF4.6可直接抑制水孔蛋白的表達，從而影響水分運輸和抗旱性。該研究首次闡明了根系水分軸向運輸和徑向運輸的協同調控機制，為植物根系導水率和抗旱調控機制提供了新的認識，為作物抗旱遺傳改良提供理論依據。

圖2. 轉錄因子DOF4.6與XND1互作調控根系水分運輸

河南大學博士研究生丁炳莉為該論文第一作者，唐寧教授為該論文通訊作者。法國國家科學研究中心/法國科學院Christophe Maurel院士、武漢大學侯昕教授、信陽師范大學石亞飛博士以及河南大學閆大偉教授、黃榆普博士為該論文提供了重要指導和幫助。河南大學碩士生梁夢瑜、張潤靈以及博士生王晶晶為該論文做出了重要貢獻。河南大學省部共建作物逆境適應與改良國家重點實驗室和生命科學學院為該研究提供了重要支持。該研究得到國家自然科學基金、河南省自然科學基金、河南省科技研發計劃聯合基金、河南大學杰出人才特區支持計劃等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koaf083