干旱胁迫是制约植物生长和农业生产的主要非生物逆境因子之一。随着全球气候变化加剧，极端干旱事件频发，水分亏缺正成为竹类植物种植和可持续利用的重要限制因素。植物在长期进化中演化出复杂的抗旱适应机制，其中渗透调节物质的积累是关键的生理响应策略之一。脯氨酸作为一种重要的渗透调节物质，不仅参与维持细胞渗透平衡，还兼具活性氧清除和细胞结构保护等多重功能。脯氨酸的生物合成主要通过谷氨酸途径进行，其中Δ¹-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）催化该途径中的限速步骤。然而，直接调控P5CS转录的上游信号通路，尤其是协调脯氨酸合成与干旱响应信号传导的转录后调控机制，目前仍不甚明确。这些上游调控环节在竹类植物中的具体分子面貌，尚有待系统解析。
近日，kaiyun开云官方网页版海峡联合研究院蛋白组学研究中心朱强教授团队在国际学术期刊《新植物学家》New Phytologist上发表了题为“The DlamiR156-DlaSPL60-DlaP5CS1 cascade directly regulates proline synthesis, conferring drought tolerance in Ma bamboo (Dendrocalamus latiflorusMunro)”（DlamiR156-DlaSPL60-DlaP5CS1 级联通路直接调控脯氨酸合成，赋予麻竹抗旱性）的研究论文。该研究首次在木本竹类植物中建立了miRNA调控模块与脯氨酸生物合成之间的直接转录调控关联，系统揭示了DlamiR156-DlaSPL60-DlaP5CS1级联通路在干旱胁迫响应中调控脯氨酸积累的完整分子机制，并发现了miR156在抗旱调控中的物种特异性功能分化。
DlamiR156是麻竹抗旱性的负调控因子
研究团队依托前期已建立的麻竹遗传转化体系，成功构建了DlamiR156过表达材料(miR156OE)和DlamiR156表达抑制材料(STTM156)。通过对转基因植株进行干旱胁迫处理，并结合复水后的存活率统计及多项生理指标测定，系统评估了DlamiR156在抗旱中的功能。
实验结果表明，在干旱胁迫条件下，STTM156转基因植株表现出显著增强的抗旱能力，复水后存活率由野生型的约47%提升至67%~80%；与之形成鲜明对比的是，过表达DlamiR156的植株对干旱高度敏感，复水后无一存活（Fig. 1）。此外，生理指标测定显示，干旱胁迫后STTM156转基因株系的脯氨酸和总抗氧化能力（T-AOC）含量显著高于野生型，而丙二醛（MDA）含量则低于野生型，表明DlamiR156沉默植株的细胞膜完整性得到了更好的保护。上述结果表明，DlamiR156在麻竹抗旱性中发挥负调控功能。
Fig. 1 沉默DlamiR156可增强麻竹的干旱胁迫耐受性
DlaSPL60是DlamiR156的关键下游靶标
为鉴定DlamiR156调控的下游靶基因，研究团队联合分析降解组与转录组测序数据。结果显示，SPL家族转录因子成员DlaSPL60在STTM156株系中表达显著上调，而在miR156OE株系中则显著下调，呈现出典型的负相关表达模式（Fig. 2）。这一结果提示DlaSPL60可能受到DlamiR156的负向调控。进一步的功能研究表明，在酵母中异源表达DlaSPL60可显著增强酵母细胞对渗透胁迫的耐受性，暗示DlaSPL60可能参与渗透胁迫响应过程。
Fig. 2 DlamiR156通过靶向DlaSPL60参与胁迫响应过程
研究团队进一步通过分子生物学手段对DlamiR156与DlaSPL60之间的调控关系进行了验证。结果表明，DlamiR156通过与DlaSPL60 mRNA中互补结合位点配对，引导其裂解，从而在转录后水平抑制DlaSPL60的表达（Fig. 3）。当植物遭受干旱胁迫时，DlamiR156的转录水平受到抑制，其对DlaSPL60 mRNA的裂解作用随之减弱，DlaSPL60转录本得以积累，进而激活下游靶基因的表达。由此，研究团队明确了DlamiR156-DlaSPL60这一负向调控关系构成了麻竹干旱响应的核心分子节点。
Fig. 3 DlamiR156通过靶向剪切DlaSPL60发挥作用
DlaSPL60直接激活脯氨酸合成关键基因DlaP5CS1
在明确了DlamiR156-DlaSPL60调控关系的基础上，研究团队进一步探索DlaSPL60下游的直接靶标。通过对STTM156转基因株系与野生型的转录组数据进行联合分析，团队鉴定出脯氨酸生物合成关键酶基因DlaP5CS1为DlaSPL60的候选下游直接靶基因。为验证这一互作关系，研究先后通过酵母单杂交、电泳迁移率实验及荧光素酶报告系统等分子互作技术，证实了DlaSPL60蛋白能够直接结合至DlaP5CS1基因启动子区域的特定顺式作用元件，并激活其转录活性（Fig. 4）。
Fig. 4 DlaSPL60与DlaP5CS1启动子结合从而在干旱胁迫条件下促进脯氨酸的生物合成
综上，该研究完整揭示了"DlamiR156-DlaSPL60-DlaP5CS1-脯氨酸"的分子调控通路。在STTM156转基因植株中，DlamiR156的表达受到抑制，导致其靶标基因DlaSPL60得以积累；DlaSPL60可与DlaP5CS1启动子直接结合并激活其转录，进而促进脯氨酸生物合成，增强植株的抗旱性。相反，在miR156OE品系中，升高的DlamiR156水平抑制了DlaSPL60的表达，减少脯氨酸积累，使植株对干旱敏感（Fig. 5）。
Fig. 5麻竹干旱胁迫过程中DlamiR156-DlaSPL60-DlaP5CS1调控模块的工作模型
该研究具有重要的科学意义与应用价值。在理论层面，本研究首次在木本竹类植物中建立了miRNA调控模块与脯氨酸合成关键限速酶基因之间的直接分子联系，拓展了对miR156-SPL模块生物学功能的认识；同时，研究所揭示的miR156在抗旱调控中的物种特异性，为理解竹子作为多年生木本植物独特的生长与胁迫适应平衡策略提供了新视角。在应用层面，DlamiR156与DlaSPL60被证实为有效的遗传操作靶点，为竹类抗旱种质创新指明了可行路径，对竹产业应对全球气候变化背景下的水资源短缺挑战具有重要意义。
kaiyun开云官方网页版博士生王楠楠（现为浙江农林大学博士后）为论文第一作者，朱强教授与青年教师王文佳博士为论文共同通讯作者；硕士研究生程洋、严子涵、许俊杰、郑金松以及青年教师王雨珺博士参与了该研究。该工作获得国家重点研发计划（2021YFD2200504）、国家自然科学基金（No. 32471982、No. 32494791）等项目资助。
朱强教授团队长期聚焦竹子、杉木等重要森林植物，建立了基于生物技术的高效扩繁与遗传转化体系，开发了基因编辑技术平台，系统解析细胞壁形成、抗逆及营养吸收的分子机制，并开展重要农艺性状的基因工程育种与遗传改良。
