近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所創(chuàng)新團隊在光信號調(diào)控植物磷饑餓領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究發(fā)現(xiàn)，光作為調(diào)控植物生長和發(fā)育最重要的環(huán)境信號因子之一，可以促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子（PHR1）基因的表達(dá)，這不僅加深了對植物磷饑餓反應(yīng)分子調(diào)控機理的理解，而且為培育磷高效利用作物新品種提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果于8月26日在線發(fā)表在植物科學(xué)頂級期刊《植物細(xì)胞學(xué)（The Plant Cell）》上。
磷是植物生長發(fā)育與繁殖必需的營養(yǎng)元素之一。磷在植物體內(nèi)參與光合作用、呼吸作用、能量儲存和傳遞、細(xì)胞分裂等過程，促進(jìn)植物生長與發(fā)育。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般通過施加磷肥來增加土壤中的磷含量。然而，目前全球面臨磷資源稀缺和磷肥過度施用導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本升高、土壤及水體嚴(yán)重污染的雙重挑戰(zhàn)。因此如何有效地提高作物對磷的吸收和利用是一個生產(chǎn)上的難題。過去研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)植物面對磷饑餓的環(huán)境時，會表現(xiàn)出一系列的適應(yīng)性生長變化來增強磷的獲取和利用，包括根系結(jié)構(gòu)的重塑，光合作用降低，花青素和淀粉積累等。這些生長發(fā)育的改變很多都是由一個重要的MYB轉(zhuǎn)錄因子（PHR1）調(diào)控，但是PHR1如何響應(yīng)磷饑餓和其他的環(huán)境信號來啟動磷饑餓反應(yīng)的分子機理尚不清楚。
生物所王海洋研究員領(lǐng)銜的創(chuàng)新團隊發(fā)現(xiàn)，光作為調(diào)控植物生長和發(fā)育最重要的環(huán)境信號因子之一，可以促進(jìn)PHR1基因的表達(dá)。三個重要的光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子（FHY3，F(xiàn)AR1和HY5）可以直接與PHR1啟動子結(jié)合，其中FHY3和FAR1促進(jìn)，而HY5抑制PHR1的轉(zhuǎn)錄。另外，植物激素乙烯通過其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子EIN3 直接激活PHR1的轉(zhuǎn)錄。FHY3還可以和EIN3 直接互作，而HY5能夠抑制FHY3和EIN3對PHR1的轉(zhuǎn)錄激活。光和乙烯都可以促進(jìn)FHY3蛋白的積累，而乙烯可以抑制HY5蛋白的積累。這些研究結(jié)果表明光和乙烯通過信號整合于PHR1的啟動子，來協(xié)同調(diào)控植物PHR1的表達(dá)和磷饑餓反應(yīng)。該研究不僅加深了對植物磷饑餓反應(yīng)分子調(diào)控機理的理解，也為培育磷高效利用作物新品種提供了理論依據(jù)。
該論文以中國農(nóng)科院生物技術(shù)研究所為第一完成單位，生物所劉揚博士和謝鈺容副研究員為該論文共同第一作者，王海洋研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程，中國博士后基金等項目的資助。（通訊員 崔艷）
文章鏈接：http://www.plantcell.org/content/early/2017/08/25/tpc.17.00268
