【Plant Cell】植物可变剪切整合作物高效生长与低磷养分适应性

近日，The Plant Cell杂志在线发表了来自中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作创新团队题为“Alternative splicing of REGULATOR OF LEAF INCLINATION 1 modulates phosphate starvation signaling and growth in plants”的研究论文。该研究发现GARP家族转录因子RLI1编码基因通过可变剪切的“一箭双雕”调控策略来平衡植物生长与低磷养分适应性的分子生理机制。

磷是作物丰产所必需的大量营养元素。目前，我国耕地土壤普遍存在总磷含量高，而作物可吸收利用有效磷含量不足的问题。农业生产中往往通过大量施用磷肥来解决该问题，这不仅导致了田间磷肥利用率低，也易引起水体富营养化等环境风险。因此，如何从作物自身出发，提高作物的磷养分吸收利用效率是发展绿色农业的重要需求。为了更好地应对土壤磷素状况，植物已经进化出多种磷养分吸收利用及基于磷养分供给水平的生长应答机制。然而，这些响应机制之间是如何协调统一来帮助作物高效应对土壤磷素状况一直不清楚。

研究团队基于前期报道的土壤磷素状况调控水稻株型的重要调控因子RLI1（Ruan et al., 2018 Plant Cell），进一步发现 RLI1 基因存在可变剪切现象。RLI1 的可变剪切能产生两种蛋白亚型：RLI1a（包含MYB DNA结合域）和RLI1b（包含MYB和CC结构域）。两种蛋白亚型在外界磷素养分供应充足和缺乏条件下行使着不同的功能。当土壤有效磷供应充足时，水稻大量积累RLI1a亚型蛋白并激活油菜素内酯的合成及信号转导，以此促进磷养分充足条件下的高效生长。当土壤有效磷供应不足时，RLI1b亚型蛋白大量积累，其与磷素核心调控因子PHR2协同激活磷饥饿应答信号，以提升水稻从外界获取磷养分的能力，促进体内磷养分的高效周转再利用，以此来帮助水稻抵御低磷胁迫。进一步的研究发现，RLI1通过可变剪切来整合磷信号、磷平衡及生长的调控机制在被子植物中都是普遍存在的。该保守机制的解析，将为今后培育株型理想磷养分高效的智能作物提供理论依据。

博士后郭美娜、硕士生张宇昕和博士后贾贤卿为论文共同第一作者，易可可研究员和阮文渊副研究员为并列通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金项目，中国博士后科学基金项目及中国农科院创新工程“青年英才”计划项目的资助。

原文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac161/6595036?searchresult=1#supplementary-data

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