中科院研究发现磷在植物根冠间分配的新机制

中国科学院分子植物科学卓越创新中心雷明光团队发现，一个控制根系发育的转录因子SHR通过控制木质部磷装载关键因子PHO1的蛋白稳定性，调控磷在根冠间的分配。

北京时间2022年9月1日23时，Nature Plants杂志在线发表了这一发现。

磷是植物生长发育所必需的大量矿质营养元素之一，不仅是多种生物分子的基本结构成分，而且参与了植物光合作用、呼吸作用、能量代谢和信号转导等重要的生命过程。但是大部分土壤中可以被植物直接吸收利用的磷浓度很低，有效磷的缺乏是限制农作物产量的重要因素之一。

模式植物拟南芥中，磷转运蛋白PHO1特异性地在根成熟区木质部附近的中柱鞘细胞中表达，是调控根中磷装载的关键因子。以前的研究发现，低磷增强了PHO1基因的转录，并且通过降解一个E2泛素结合酶PHO2，分别在转录和转录后水平增加PHO1的水平。这些分子机制研究的结果提示，低磷会增加PHO1蛋白，促进磷从根往地上部的转运。但是，在营养缺乏条件下，植物需要将更多的资源分配给根部，促进根系的生长，以获取更多的营养。这似乎和已发现的分子机制存在矛盾。

SHORT ROOT （SHR）是调控根皮层/内皮层干细胞的不对称分裂，并维持根顶端分生组织活性的一个关键转录因子。在雷明光研究员的指导下，助理研究员肖薪龙和博士研究生张洁琼等发现，SHR部分缺失的突变体中，磷从根往地上部的转运被抑制。进一步研究发现，低磷胁迫抑制了根成熟区SHR的翻译，稳定了下游的转录因子PHB。他们还发现PHB可以直接结合E2泛素结合酶PHO2的启动子，激活PHO2的表达，从而降低了PHO1的蛋白稳定性。PHO1的降解抑制了磷从根往地上部的运输，从而将更多的磷留在根部。与此一致的是，低磷条件下，生物量和磷含量的根冠比都显著增加，有限的磷被优先分配给根，促进了根系的生长。因此，该研究揭示了在营养缺乏条件下，植物如何抑制磷在木质部的装载，将磷优先分配给根系的新机制。

该研究得到了上海市青年英才扬帆计划和中国科学院经费的支持。

雷明光团队近年来在磷信号通路研究中取得了一系列进展，发现多磷酸肌醇InsP8是植物细胞内的磷信号分子（Dong et al., Molecular Plant, 2019），并和上海师范大学的邢维满教授合作解析了磷信号分子的感受机制（Zhou et al., Nature Communications, 2021）。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41477-022-01231-w