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作物低磷脅迫應答的調控新機制首次被揭示

2019-04-24 10:21:26來源:中國科學報作者:李晨編輯:bianji2
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  4月16日,《分子植物》(Molecular Plant)雜志在線發表中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所(以下簡稱資劃所)土壤植物互作創新團隊易可可研究組最新研究成果,首次揭示水稻磷素感受器SPX蛋白的低磷脅迫穩定性調控機制,構建了基于SDELs-SPX4-PHRs的低磷脅迫應答調控程序。
  磷素是作物豐産所必須的大量營養元素,由于磷素在土壤中有效性低、易被固定,導致全球約70%耕地中的有效磷含量不能滿足作物的正常生長發育需求。因此,提高作物的磷素吸收利用效率一直是廣大科研工作者爲之努力的目標。通過基因工程的手段對作物進行遺傳改良是提高作物磷素吸收利用效率的有效手段,但前提是對作物響應磷素變化調控的分子機制要有深入的認識。
  論文通訊作者、資劃所研究員易可可說,一直以來,能感知植物體內磷素變化的感受蛋白SPXs的穩定調控機制一直不清楚,因此近年來SPXs蛋白的穩定調控機制成爲該領域研究的熱點。易可可研究組經過4年多的攻關,利用遺傳學和分子生物學的相關研究方法,成功解析了水稻體內磷素感受器SPX4蛋白的穩定性調控機制及作物響應低磷脅迫的應答程序,爲分子設計磷高效的智能作物提供了新的靶位點和理論依據。
  論文第一作者、資劃所副研究員阮文淵介紹,兩類蛋白(SDELs和PHRs)和一類多聚磷酸肌醇(IPs)分子共同調控磷素感受器SPX4的穩定性。當外界磷素供應充足時,由于細胞內IPs含量高,其介導了SPX4與PHR2形成穩定複合體,導致SDELs不能有效識別SPX4,從而阻礙了SPX4的泛素化修飾,SPX4得以穩定存在。與此同時,複合體的形成抑制了PHRs對下遊磷饑餓誘導基因的激活,使磷饑餓應答程序處于靜息狀態。當磷素匮乏時,複合體逐步解聚,使得SDELs能有效識別遊離的SPX4蛋白並介導其降解。同時缺磷誘導SDELs蛋白積累,加速SDELs對SPX4進行泛素化修飾,並通過26S蛋白酶體途徑對SPX4進行降解。從複合體釋放出來的PHRs能有效結合下遊調控基因的啓動子,從而啓動磷素匮乏應答程序以應對低磷脅迫。
  該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農科院創新工程的資助。
  相關論文信息:DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.003
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