徐国华教授团队揭示水稻体内磷素周转和花药中磷素积累的分子生理机制

作物的磷效率主要分为吸收效率（PAE）和利用效率（PUE）。其中，PAE指作物从土壤中获取磷素的能力，其分子机制已得到深入解析；PUE则是由磷素吸收、转运、分配、同化、周转/再分配、生长发育响应等多个过程共同决定的复杂性状。其中，作物体内磷素的高效周转（如从源器官[老叶]向库器官[新叶、穗]的再分配）是保证其PUE的重要前提。然而，作物体内磷素周转的分子生理机制尚不清楚。近日，徐国华教授团队在PlantPhysiology在线发表了题为TheRicePhosphateTransporterOsPHT1;7PlaysaDualRoleinPhosphorusRedistributionandAntherDevelopment的研究论文，该研究阐明了水稻磷转运体OsPHT1;7在磷素再分配和花药磷积累中的功能。该团队近年来在作物磷素营养生物学方向的研究取得了一系列进展，研究内容发表在MolecularPlant,NewPhytologist,PlantPhysiology,ThePlantJournal,JournalofExperimentalBotany等植物学权威期刊。与其他已发现的磷转运体基因不同，OsPHT1;7在根部不表达，而是在老叶的维管束鞘和韧皮部薄壁细胞，以及节（Node）中两种维管束（常规/分散维管束和肥大维管束）的韧皮部表达。由OsPHT1;7在地上部特异的时空表达模式，结合其突变体植株的生理表型可知（1）该转运体在水稻磷素再分配过程的三个步骤（1.老叶维管束鞘；2.老叶韧皮部薄壁细胞；3.节）扮演着阀门的角色；（2）水稻磷素再分配需要质外体途径的参与（不排除共质体途径的贡献）。另一方面，水稻生殖生长的单核小孢子期至三核花粉期，花药中的磷素会在短时间内大量积累。研究发现，该时期OsPHT1;7在花药中的表达量显著高于其他所有磷转运体基因，表明其对花药磷积累的重要贡献。对OsPHT1;7突变体植株的生理表型分析证实，OsPHT1;7的突变不仅影响水稻植株的生长（株高、穗长降低），还显著抑制花药中的磷积累，导致结实率和产量下降80%以上。本研究为解析作物体内磷素周转的分子生理机制提供了新的线索，并为旨在提高作物PUE的分子育种工作提供了理论依据和基因资源。博士研究生戴长荣为文章第一作者，顾冕副教授为通讯作者。徐国华教授和余玲教授参与指导了研究。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。文章链接https://doi.org/10.1093/plphys/kiac030