华中农业大学植物营养生物学课题组发现植物优化苹果酸分泌与缺磷胁迫适应性的平衡机制

以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

磷（P）是植物生长必需的大量营养元素之一，其在地壳中含量丰富。然而，土壤中大部分磷素被金属离子固定，仅含量较低的水溶性无机磷（Pi）可被植物直接吸收利用。为了应对土壤有效磷的不均匀分布及浓度较低等问题，植物也进化出了特异的局部磷信号途径，该途径通过感受环境磷信号，诱导根系分泌苹果酸等，溶解土壤中被固定的铁-磷或铝-磷等氧化物。然而，苹果酸是一种重要的碳代谢中间物，在能量代谢及氨基酸合成等过程中起重要作用。因此，植物需要优化根系苹果酸的分泌量， 既满足对缺磷胁迫的适应，又不至于浪费细胞内的碳源。

JIPB近日在线发表了华中农业大学资源与环境学院王创课题组题为“Brassinosteroid signaling regulates phosphate starvation-induced malate secretion in plants”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb‍.13443）。该研究证实油菜素内酯（BR）信号调控的核心转录因子BZR1具有“刹车”作用，能够抑制苹果酸转运体ALMT1基因表达，进而调节不同磷水平下根系苹果酸的分泌量，帮助植物优化细胞内碳源分泌与缺磷胁迫适应性的平衡。

王创教授课题组研究发现缺磷处理抑制BR合成和信号途径相关基因表达，而外源添加BR抑制植物的缺磷反应，说明BR信号参与了拟南芥的缺磷胁迫响应。进一步分析发现，BR信号核心转录因子BZR1通过结合苹果酸转运体ALMT1启动子，抑制ALMT1基因的表达水平及根系分泌苹果酸量，进而影响拟南芥在缺磷条件下的主根生长。利用烟草瞬时表达和转基因材料，证明植物通过正调控转录因子STOP1和负调控转录因子BZR1的共同作用，决定根系中ALMT1的表达量和分泌苹果酸的含量。该调控途径受到局部磷信号的调控，进一步表明植物对根系分泌苹果酸的优化策略。该机制保证了植物在土壤中不均一的磷条件下，可以分泌足够的苹果酸应对胁迫条件，又不至于浪费细胞内碳源而影响生长，实现了养分胁迫适应与生长发育间的平衡关系。

王创课题组近年来在植物磷素利用与平衡中研究中取得了一系列进展，利用蛋白组全面阐述了水稻缺磷诱导的分泌蛋白组及其调控途径（Du et al., 2022），在此基础上证明OsPAP10c是水稻根系缺磷诱导分泌的最主要酸性磷酸酶（Deng et al., 2020）及酸性磷酸酶OsACP1调控水稻细胞内磷素平衡的生化过程（Deng et al., 2022）。这篇论文揭示了植物根系应对磷素胁迫时优化苹果酸分泌的分子机制。

刘同同博士和邓素仁博士为论文共同第一作者，王创教授为通讯作者。华中农业大学植物营养生物学课题组的石磊教授，徐芳森教授和汪社亮副研究员也参与指导了该项研究工作。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及华中农业大学自主科技创新基金的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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