去世兩年后，上海交大教授論文登上Nature

上海交通大學生命科學技術學院張大兵逝世已逾兩年。近日，其團隊相關成果登上Nature。

2025 年 11月 26 日，上海交通大學張大兵教授、梁婉琪教授團隊聯合上海交通大學/哥本哈根大學 Staffan Persson 教授及諾丁漢大學 Malcolm J. Bennett 教授團隊（張大兵和梁婉琪教授指導的博士后張姣為論文第一作者），在國際頂尖學術期刊 Nature 上發表了題為：Ethylene modulates cell wall mechanics for root responses to compaction的研究論文。

該研究首次揭示了植物根系利用工程學原理適應板結土壤：通過主動響應積累的乙烯，精細調控細胞壁厚度，從而促進根系增粗，提高穿透能力以適應土壤板結。

張大兵。上海交大生命科學技術學院官網圖

據上海交大生命科學技術學院官網介紹，張大兵，1967年7月出生于江蘇省淮陰縣，中國共產黨黨員、著名植物學家，于2023年6月22日遭遇重大交通事故，經搶救無效不幸逝世，享年56歲。張大兵曾于2010年1月至2018年7月，任生命科學技術學院副院長。張大兵長期從事植物發育生物學和轉基因生物安全領域研究，作為我國著名植物學家、發育生物學科的領軍人才，張大兵教授將他短暫的一生都奉獻給了教育科研事業，也為學校生命學科的建設與發展做出了重要貢獻。

論文介紹：

現代農業對機械化的依賴導致了土壤退化和板結，這影響了植物根系生長和作物產量。當植物根系遇到板結的土壤條件時，會徑向擴張，導致根系變短變粗。這種徑向根系膨脹主要是由于皮層細胞層的擴張，這可能會導致土壤裂縫，從而有助于根系穿透土壤。這種適應性響應是由根系周圍的氣體激素乙烯的積聚所驅動的，因為板結會減少土壤中的氣體擴散。盡管有了這種機制上的認識，但乙烯究竟如何控制細胞壁重塑以實現根系的徑向擴張，目前仍不清楚。

植物的初生細胞壁，尤其是承重聚合物纖維素的組織形式和含量，支持著細胞的各向異性生長，對器官生長至關重要。纖維素在質膜上由被稱為 CESA 復合體（CSC）的大分子多聚體蛋白復合物生成。在水稻中，OsCESA1、OsCESA3、OsCESA5、OsCESA6 和 OsCESA8 形成異三聚體 CSC，在根細胞生長期間參與初生細胞壁的合成。當根部遇到土壤板結時，其皮層細胞壁中纖維素微纖絲的排列會發生改變。盡管細胞壁的機械剛度對于細胞的各向異性生長至關重要，但對于細胞壁特性如何調控根系在板結土壤中的穿透力，仍知之甚少。

在這項最新研究中，研究團隊對水稻進行了研究，報告了植物激素乙烯如何控制細胞壁生物合成以促進根系的徑向擴張，證明了土壤板結導致乙烯積累，上調水稻根系皮層中的生長素反應因子-1（OsARF1），從而抑制纖維素合成酶（CESA）基因的表達。CESA 的抑制， 會導致皮層細胞壁變薄變軟，驅動根系皮層細胞的徑向擴張，使得根系得以徑向膨脹變粗、穿透力增強。

更厚的表皮、更薄的皮層細胞壁，有助于水稻根系適應土壤板結

該研究將乙烯信號轉導與根系細胞壁重塑聯系起來，并揭示了纖維素合成的動態調控如何控制板結土壤中的根系生長，從而提出乙烯-OsARF1-纖維素合成酶調控鏈路是植物應對土壤板結的關鍵策略。

真的是，該項研究首次從細胞壁力學角度揭示了植物根系應對土壤板結的生物學原理，不僅破解了植物適應逆境的分子密碼，也為未來作物設計開辟了新維度——通過精準調控不同細胞層的細胞壁特性，培育出具有更好良好的土壤板結適應能力根系的作物奠定了基礎。

該研究由上海交通大學生命科學技術學院梁婉琪教授，英國諾丁漢大學Bipin K. Pandey研究員，丹麥哥本哈根大學教授、上海交通大學訪問特聘教授Staffan Persson擔任共同通訊作者。上海交通大學梁婉琪和張大兵教授指導的博士后張姣為論文第一作者。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09765-7

（來源：科獎中心 版權屬原作者 謹致謝意）