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徐国华教授课题组阐明富磷条件下水稻磷吸收的调控机制

发布时间:2020-09-22 点击次数:

作物的高产优质离不开磷肥的施用。然而,我国磷肥的当季利用率仅为10~20%,常年不合理施用磷肥使部分土壤成为潜在的磷库,造成磷矿资源浪费和水体富营养化等生态环境问题。磷矿是不可再生资源,为了契合“化肥减量提效”的国家需求,迫切需要培育在不同供磷环境下均能高效利用磷素的作物品种。当今部分农田土壤存在磷富集的状况,培育能够减少奢侈吸收并高效分配利用体内磷素的高产优质农作物品种是农业可持续发展的一个重要方面

近日,徐国华教授团队在《New Phytologist》发表了题为“OsWRKY21 and OsWRKY108 function redundantly to promote phosphate accumulation through maintaining the constitutive expression ofOsPHT1;1under phosphate-replete conditions”的论文(doi: 10.1111/nph.16931)。该研究以其课题组已报道的一个在富磷条件下表达的磷转运体基因OsPHT1;1为切入点,深入研究了其调控机制(图1)。

1.富磷环境下OsWRKY21/108-OsPHT1;1模块调控水稻磷吸收的工作模式图

磷转运体基因是植物维持磷稳态的重要因子,也是植物磷信号网络中的关键节点。迄今已报道的相关工作大多聚焦于受缺磷诱导表达的磷转运体基因的调控机制及其在维持磷稳态中的功能,而富磷条件下高丰度磷转运体基因的调控机制尚不清楚。该研究以OsPHT1;1启动子片段为诱饵,通过酵母单杂交鉴定到与OsPHT1;1启动子结合的type-III WRKY转录因子OsWRKY21,继而通过酵母双杂交克隆到与OsWRKY21互作的转录因子OsWRKY108。

研究发现OsWRKY21OsWRKY108均在根部受磷酸盐诱导表达,二者编码的蛋白在细胞核中发生物理互作且均可与OsPHT1;1启动子区域的W-box顺式调控元件结合。过量表达OsWRKY21OsWRKY108显著增强OsPHT1;1的表达并造成水稻磷的过量积累。在不同程度的富磷条件下,oswrky21 oswrky108双突变体及表达OsWRKY21-SRDX融合抑制子(chimeric dominant repressor)的植株均表现出OsPHT1;1表达量的降低和磷积累的减少。本研究为全面解析作物磷信号网络,以及针对当今部分农田土壤磷富集现状的磷高效作物育种工作提供了新基因资源。

徐国华教授课题组成员张骏博士和顾冕副教授为该论文的共同第一作者,顾冕副教授为通讯作者。此外,徐国华课题组已有8篇关于水稻磷转运体研究的论文发表在The Plant Journal, Plant Physiology, Molecular Plant和New Phytologist,其中4篇为ESI高被引用论文。研究工作得到了科技部原973计划、现国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

文章链接:

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16931

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