浙江大学寿惠霞课题组揭示水稻SPX-MFS蛋白在磷稳态中的重要功能

磷是确保植物正常生长和产量的重要元素，液泡中的磷储量对植物细胞缓冲环境磷波动非常重要，解析水稻液泡磷酸盐转运体的功能对培育磷高效水稻具有重要意义。

近期，浙江大学寿惠霞课题组在Plant, Cell & Environment发表了题为“Functional characterization of the three Oryza sativa SPX-MFS proteins in maintaining phosphate homeostasis”的论文，揭示了水稻基因组中三个SPX (SYG1/PHO81/XPR1)-MFS (Major Facility Superfamily)蛋白在调控水稻磷酸盐液泡贮存中各自的贡献。

该课题组曾在2015年报导了首个植物液泡磷转运体OsSPX-MFS3（Wang et al., 2015），蛙卵母细胞试验表明OsSPX-MFS3具有磷转运活性，而其运输方向取决于外部 pH 值和无机磷的浓度。利用过表达 OsSPX-MFS3转基因水稻材料的研究表明OsSPX-MFS3在液泡膜上的转运方向为外排，随后拟南芥同源蛋白和水稻液泡 Pi 外排转运蛋白研究发现，OsSPX-MFS3是液泡Pi 内流转运蛋白（Liu et al., 2015; Liu et al., 2016; Xu et al，2019）。为了澄清上述问题并进一步明确水稻中三个同源基因的功能，该研究创制了OsSPX-MFS1-3三个基因的单突变体、双突变体和三突变体等7个突变体组合，详细解析了OsSPX-MFS1-3在调控磷酸盐稳态过程中的功能和转运方向。

研究表明，除Osspx-mfs2外的所有突变体均表现出液泡Pi浓度下降，而OsSPX-MFSs过表达植物液泡中的Pi过量积累，表明所有OsSPX-MFSs都是液泡Pi内流转运体。对突变体表型分析发现OsSPX-MFS3起主导作用；OsSPX-MFS2功能最弱，仅在Osspx mfs1/3背景中介导液泡Pi内流。Osspx mfs1/3和Osspx-mfs1/2/3突变体的液泡Pi储存能力严重受损，导致Pi组织分配异常。Osspx-mfs1/3和Osspx-mfs1/2/3穗中的Pi高度积累，损害穗的正常发育和育性。与野生型相比，Osspx-mfs2在田间低磷状态下种植时产量更加稳定。因此，液泡Pi储存能力的适当调减可提高水稻对低磷的耐受性以及磷利用效率，为提高水稻对低磷耐受性以及磷利用效率提出了一条新策略。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14414

来源：植物与环境PCE

转自：植物科学最前沿

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