脱落酸信号通路调控植物胞间连丝密度：揭示陆生植物细胞间通讯的保守机制

本研究针对植物胞间连丝(PD)形成机制这一悬而未决的科学问题，通过苔藓植物小立碗藓(Physcomitrium patens)模型，系统解析了脱落酸(ABA)信号通路调控初级PD密度的分子机制。研究发现长期ABA处理通过PYR/PYL/RCAR-SnRK2-ABI1-ABI5核心信号模块降低新生细胞壁中PD密度，同时缩小PD孔径，该调控具有剂量依赖性和可逆性。该成果首次揭示了ABA通过保守信号通路协调调控PD形成与功能的分子机制，为理解陆生植物环境适应策略提供了新视角。

　　

在多细胞生物的生命活动中，细胞间通讯犹如城市中的交通网络般至关重要。植物界演化出了独特的纳米级通道——胞间连丝(plasmodesmata, PD)，这些穿越细胞壁的微观隧道是植物细胞间物质交换和信息传递的核心枢纽。然而半个多世纪以来，PD尤其是初级PD的形成机制及其调控规律仍是未解之谜，这种知识空白严重制约着我们对植物发育和环境适应的理解。更令人困惑的是，作为陆生植物应对干旱等胁迫的核心激素，脱落酸(abscisic acid, ABA)虽已知能快速调节PD通透性，但其对PD密度的长期影响及其分子机制始终未被揭示。

来自某研究机构的科研团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究成果，首次系统阐明了ABA信号通路调控初级PD密度的分子机制。研究人员以苔藓模式植物小立碗藓(P. patens)为研究对象，通过长达4天的ABA处理诱导形成具有抗逆特性的繁殖细胞(brood cells)，结合透射电镜(TEM)超微结构观察和苯胺蓝染色技术，发现ABA特异性地降低新生细胞壁而非原有细胞壁中的PD密度。这种调控具有剂量依赖性，且在ABA撤除后可逆恢复。通过构建系列基因编辑突变体，研究证实ABA受体PYR/PYL/RCAR、蛋白激酶SnRK2、磷酸酶ABI1这一核心信号模块对PD密度调控不可或缺，而转录因子ABI5而非ABI3是关键的信号下游效应分子。活细胞成像进一步揭示ABA通过改变内质网(ER)在细胞分裂面的分布模式影响PD形成。

关键技术方法包括：1) 建立PYL四重突变体(pyl qKO)和ABI5双突变体(abi5 dKO)等系列基因编辑株系；2) 采用透射电镜(TEM)定量分析PD密度和孔径变化；3) 开发基于超分辨率波动成像(SRRF)的苯胺蓝染色PD可视化技术；4) 通过酵母双杂交和体内转录激活实验验证蛋白互作关系。

【长期ABA处理影响繁殖细胞新生细胞壁的PD密度】通过追踪同一原丝体 filaments 中ABA处理前后形成的细胞壁，TEM显示ABA仅降低新生细胞壁的PD密度(0.539/μm vs 1.087/μm)，同时使PD孔径从45.5 nm缩小至38 nm。苯胺蓝染色显示0.3 M甘露醇处理也能模拟ABA效应，而内源ABA缺陷突变体aba1未见PD密度变化，说明该调控主要在胁迫条件下被激活。

【ABA降低新生细胞板中的初级PD密度】通过GFP标记微管蛋白定位分裂期细胞，发现ABA处理虽不影响细胞板(cell plate)中的总孔洞密度，但显著降低成熟细胞壁中的PD密度(0.4724/μm vs 0.7076/μm)，表明ABA特异性抑制初级PD的稳定形成而非初始孔洞产生。

【ABA核心模块对PD密度调控至关重要】snrk2四重突变体(qKO)和abi1显性负突变体(abi1-DN)完全丧失ABA诱导的PD密度下降，而abi3三重突变体(tKO)表型与野生型无差异。PYL四重突变体(pyl1234 qKO和pyl1345 qKO)同样表现出ABA不敏感性，证实受体-激酶-磷酸酶这一核心信号模块的必要性。

【ABI5是PD密度调控的下游关键因子】通过系统发育分析鉴定出PpABI5A/B/C三个同源基因，Northern blot显示PpABI5A/B受ABA强烈诱导。酵母双杂交证实PpABI5A/B与PpSnRK2存在物理互作，abi5双突变体(dKO)完全丧失ABA诱导的PD密度下降，揭示该bZIP转录因子的核心作用。

【ABA信号可能广泛调控不同细胞类型的PD密度】在持续激活ABA信号的abi1 dKO突变体中，虽叶状体(gametophore)的叶细胞(phyllid cells)保持正常形态，但其短轴侧细胞壁的PD密度仍显著降低(0.515/μm vs 0.831/μm)，提示ABA对PD密度的调控具有细胞类型普适性。

这项研究首次建立了ABA信号通路调控PD密度的完整分子框架：环境胁迫→ABA积累→PYR/PYL/RCAR受体感知→SnRK2-ABI1激酶-磷酸酶级联→ABI5转录激活→抑制初级PD形成。该发现具有多重重要意义：1) 阐明陆生植物通过协调基因表达调控与细胞间通讯隔离来适应胁迫的进化策略；2) 揭示PD密度动态调控的分子开关，为作物抗逆改良提供新靶点；3) 突破性地将ABA信号功能从转录调控拓展至细胞器组织层面。特别值得注意的是，PYR/PYL/RCAR-SnRK2-ABI1模块在苔藓与被子植物中高度保守，暗示这一调控机制可能普遍存在于陆生植物中。未来研究可进一步解析ABI5下游靶基因如何精确控制ER分布与PD形成，以及该通路在维管植物中的演化与功能分化。