10月27日，《科学》（Science）在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究组与英国诺丁汉大学David Salt研究组合作完成的题为A dirigent protein complex directs lignin polymerization and assembly of the root diffusion barrier的研究论文。该研究阐明了引导蛋白（Dirigent proteins，DPs）在植物凯氏带建成和木质素聚合中的关键作用，为水分和养分高效利用的未来作物分子设计提供了新理论。

凯氏带是植物根部内皮层细胞一种特化的细胞壁，主要由防水的木质素构成。这一结构通过与内皮层细胞质膜紧密锚定在一起，形成调控植物水分和矿物质扩散的关键屏障，具有重要的生物学功能：凯氏带阻断了外界水分和矿物质无序扩散进入植物体内，使得植物能够对水分和物质的摄入进行合理的控制；凯氏带对内皮层质外体空间的封闭作用，阻止了维管系统中水分和矿质元素向外泄漏，保障了维管组织中水分和矿质元素的高效运输。同时，木质素是重要的生物能源物质及固碳物质，但关于木质素单体的聚合过程始终存在争论。

本研究将科学家对凯氏带形成及其木质素沉积过程的认知由此前的细胞层面拓展至更为基础的生化层面，并鉴定出第一个直接调控凯氏带处木质素聚合的蛋白复合体。这是首次通过遗传学证据证实凯氏带处木质素的产生和沉积过程需要DPs复合体的直接参与（图1）。这些成果为DPs调控木质素聚合理论提供了直接的遗传学和生物化学证据，加深了人们对于木质素聚合过程的认识。

凯氏带对于作物的营养利用效率和盐旱逆境的适应性方面具有巨大作用，因此也是培育高产高效、营养耐逆作物品种的重要靶点。而这一研究突破无疑会对上述研究产生巨大的推动作用。

图1. Dirigent protein 复合体调控凯氏带发育和木质素聚合的分子机制

英国诺丁汉大学植物与作物科学系高轶群博士和中国科学院分子植物科学卓越创新中心黄金泉副研究员为该论文的共同第一作者。英国诺丁汉大学David Salt教授，Gabriel Castrillo副教授和中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员为该论文的通讯作者。华北作物改良与调控国家重点实验室作物耐盐碱研究及应用创新团队薛培英副教授参与了该项工作。研究工作得到英国皇家学会牛顿国际基金项目、英国皇家学会牛顿基金高级学者项目、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划和中国科学院青年创新促进会等的支持。

论文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5032