根系是植物吸收养分的最主要器官，在植物生长发育和环境适应中起着至关重要的作用。然而，土壤中养分过多或不足都会对植物产生不利影响，因此，精确调控养分吸收显得尤为重要。在复杂多变的生态环境中，植物茁壮成长的核心机制之一在于通过建立根部扩散屏障，调节溶质进出，从而维持水分与养分的平衡。近年来，作为根部内皮层两种重要的扩散屏障，凯氏带及木栓质片层在维持植物体内矿质元素稳态方面取得了突破性进展，其形成及在环境适应中的作用机制也逐渐得到关注和研究。

2024年12月5日，Nature Plants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团队与深圳大学高轶群教授应邀撰写的长篇综述论文“Exploring the function of plant root diffusion barriers in sealing and shielding for environmental adaptation”。该论文系统总结了植物根部扩散屏障的形成、功能及生物学意义的最新研究进展。首先，该文系统阐述了植物根部内皮层中的两种最主要的扩散屏障——凯氏带和木栓质片层的形成机制，并从结构和功能上强调了木质素的精准沉积和膜-壁间的紧密粘连是形成功能性凯氏带的必要条件，更新了凯氏带的传统定义；其次，文章讨论了植物根部扩散屏障在环境适应中的关键作用，尤其是木栓质其在干旱、盐分和养分缺乏等多种非生物胁迫下的可塑性沉积；最后，该综述对当前特化细胞壁屏障研究中的瓶颈进行了讨论并提出了未来的研究方向。

晁代印研究团队致力于植物营养及环境适应性研究，近期在扩散屏障的形成和进化研究中取得了突破性进展，相关工作分别在近期的Science（DOI: 10.1126/science.adi5032）和Nature Plants（DOI: 10.1038/s41477-023-01503-z; DOI: 10.1038/s41477-023-01555-1）上发表。

高轶群博士和中国科学院分子植物科学卓越创新中心苏语博士为该论文的共同第一作者。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。该研究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，国家自然科学基金项目、中国科学院先导科技专项，国家重点研发计划以及中国科学院青年创新促进会等项目资助。

论文链接: https://www.nature.com/articles/s41477-024-01842-5

图1 木质素的精准沉积和膜-壁间的紧密粘连是形成功能性凯氏带的必要条件

图2 内皮层扩散屏障精确调控水分和养分吸收和运输