近日，我校生命科学与技术学院水稻发育与抗逆生物学团队在水稻凯氏带形成与蛋白稳态维持的分子机制研究中取得新进展。相关成果以"The GAPLESS-OsCASP complex mediates Casparian strip formation for proper localization and abundance of endodermal proteins in rice"为题发表在国际学术期刊Science Advances上。我校生命科学与技术学院作物学博士后张宝磊、博士生孙小倩，广西医科大学教师孟春梅为论文共同第一作者；我校生命科学与技术学院教授夏继星为通讯作者；我校为论文第一完成单位及通讯单位。

蛋白质稳态是维持细胞正常生理功能的基础，其稳定与否直接决定蛋白质的结构、定位、丰度与活性，是细胞应对内外环境胁迫的关键保障。研究发现，植物根内皮层凯氏带相关蛋白的稳态维持，对根系屏障结构完整性、离子选择性转运及抗逆性至关重要，其稳态失衡会导致矿质元素吸收紊乱。然而，植物根系维持凯氏带相关蛋白稳态的分子机制，以及凯氏带形成对其他蛋白稳态的调控作用，目前仍不清楚。

针对这一问题，研究团队综合运用分子生物学、生物化学和遗传学等方法，揭示了植物根系凯氏带形成与内皮层蛋白稳态维持的分子基础。研究发现，GAPLESS与OsCASP蛋白通过形成相互依赖的复合体并招募凯氏带形成相关蛋白到凯氏带结构域区，从而介导内皮层凯氏带的起始、木质化以及细胞膜-细胞壁黏附（图1）。

图1 木质素、GAPLESS1和OsCASP1在野生型、gapless1,2,3及Oscasp1,2,3,5突变体内皮层中累积与定位模式分析

进一步研究发现，GAPLESS‑OsCASP复合体介导凯氏带的完整性对于维持离子稳态、保证多个内皮层表达蛋白（如OsSGN3a和硅转运蛋白Lsi1）的正确定位与丰度至关重要。并且，该研究首次构建了凯氏带完整性、木栓质积累、矿质元素转运蛋白表达以及OsSGN3介导的弥补机制之间的内在关联（图2）。研究结果为全面解析水稻内皮层凯氏带形成的分子机制提供了新视角，并为揭示凯氏带完整性在调控植物蛋白定位与丰度中的作用提供了新见解。

图2 OsSGN3a、Lsi1和木栓质在野生型、gapless1,2,3及 Oscasp1,2,3,5突变体内皮层中的定位与累积分析

本研究工作得到了国家自然科学基金、广西自然科学基金、广西研究生教育创新计划等项目资助，同时得到了华南农业大学刘耀光院士的帮助和指导。该成果是研究团队继水稻凯氏带形成机制取得系列成果后，在该领域取得的又一进展。