文章核心观点 - 上海交通大学等机构的研究团队在《自然》期刊发表论文，首次从细胞壁力学角度揭示了植物根系适应土壤板结的分子机制[11] - 研究发现了一条关键的“乙烯-OsARF1-纤维素合成酶”调控链路，该链路通过使根系皮层细胞壁变薄变软，驱动根系增粗，从而增强其穿透板结土壤的能力[10][11] - 该研究为通过精准调控细胞壁特性来培育具有更强土壤板结适应能力的新作物品种奠定了理论基础，开辟了作物设计的新维度[11] 研究背景与问题 - 现代农业中大型机械挤压和化肥过度使用导致土壤板结成为全球性难题，土壤板结叠加干旱胁迫可使作物减产高达75%[3] - 板结土壤颗粒密度大、孔隙度小，严重阻碍作物根系生长，因此需要培育根系穿透能力强的作物品种来保证粮食产量[3] - 尽管已知板结土壤中乙烯积聚会驱动根系径向扩张，但乙烯如何控制细胞壁重塑以实现这一过程的机制此前尚不清楚[8][10] 研究发现与机制 - 土壤板结导致乙烯积累，进而上调水稻根系皮层中的生长素反应因子-1（OsARF1）[10] - OsARF1的上调会抑制纤维素合成酶（CESA）基因的表达[10] - CESA被抑制导致皮层细胞壁变薄变软，从而驱动根系皮层细胞的径向扩张，使得根系变粗、穿透力增强[10][11] - 研究将乙烯信号转导与根系细胞壁重塑联系起来，揭示了纤维素合成的动态调控如何控制板结土壤中的根系生长[11]