植物进化出了一套具有强化管壁和创新壁结构的导管系统，以确保水分和养分的高效运输。导管纹孔（Vessel pits）——精细的三维空腔结构——是决定植物水力系统和生长可塑性的关键因素。然而，其超微结构及形成机制一直未知。

　　2025 年 10 月 14 日，中国科学院遗传与发育生物学研究所张保才、周奕华研究团队（张兰军、高易宏为共同第一作者）在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：Shaping pit structure in vessel walls sustains xylem hydraulics and grain yield 的研究论文。

　　该研究利用新兴体电子显微镜技术，首次揭示了水稻木质部导管纹孔的完整精细三维结构，通过克服多项技术瓶颈，功能鉴定了塑造纹孔三维结构的关键分子模块，发现纹孔三维结构天然突变受 MYB61-PS1 分子模块调控，并在维持木质部稳健性、促进氮素运输与水稻高产中发挥关键作用。

　　在这项最新研究中，研究团队揭示了纹孔的纳米级三维结构，以及介导纹孔形态建成、维持木质部稳健性和谷物产量的分子通路。

　　通过水稻全基因组关联分析，研究团队鉴定出一个控制纹孔大小的数量性状基因——PS1，该基因编码一种木聚糖去乙酰酶（xylan deacetylase），可调控纹孔的几何形态。一个优良 PS1 等位基因通过使木聚糖处于低乙酰化状态，促进其与纤维素的结合，从而维持纹孔边界处细胞壁的连贯性。含有该优良单倍型的水稻品种表现出增强的氮运输能力和稻谷产量。

　　该研究还发现，PS1 响应低氮，而且氮素通过 PS1 调控纹孔大小。而深入的遗传及分子生物学实验证实，氮利用效率数量性状基因 MYB61 介导了 PS1 的氮响应。聚合两者优良等位基因可更加优化纹孔和蒸腾势，进一步提高稻谷产量。

　　该研究的核心发现：

　　PS1 是一个控制纹孔大小的数量性状基因，调控水稻导管纹孔的几何形状；

　　低乙酰化木聚糖促进纤维素结合及导管壁的粘聚性组装；

　　氮素通过 MYB61-PS1 模块调控纹孔大小以增强适应性生长；

　　导管纹孔精细的三维几何结构支撑了木质部可塑性及作物产量。

　　由此，研究团队发现了一条可提升木质部输水能力及作物产量的分子通路，为可持续农业发展提供了富有前景的新策略。