The Crop Journal | 江苏省中国科学院植物研究所综述磷酸化调控植物养分吸收的分子机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

氮磷钾是决定植物生长和产量形成的三大矿质元素。目前较低的氮磷钾肥料利用率不仅导致农业生产成本上升，更棘手的是带来了水体富营养化、土壤退化、大气污染等系列环境问题。通过过表达负责养分吸收的基因提高植物养分利用率的效果有限，其中一个主要原因是：养分吸收转运体或离子通道不仅在转录水平上受到调控，而且在蛋白水平上也受到调控。养分吸收转运体或离子通道蛋白（而不是其RNA）才是养分吸收的最终执行者。因此，理解发生在这些蛋白上的修饰过程对提高植物的养分利用率具有重要意义。

近日，江苏省中国科学院植物研究所联合江苏农林职业技术学院在The Crop Journal在线发表了题为“Phosphorylation regulation of nitrogen, phosphorus, and potassium uptake systems in plants”的综述文章，作者总结了负责氮磷钾吸收的转运蛋白和离子通道成员、发生在这些转运蛋白和离子通道及其转录因子上的磷酸化调控事件、利用这些磷酸化调控机制创制养分高效材料的成功案例，以及该领域所面临的问题，系统汇总了蛋白磷酸化这一重要蛋白修饰过程在调控植物养分吸收中的作用。

主要结论如下：(i)植物对氮磷钾养分的吸收是由某一基因家族中的几个成员，而不是全部的成员负责完成的；(ii)蛋白磷酸化是发生在养分吸收转运体和离子通道及其转录因子上的普遍性蛋白修饰事件。在养分缺乏时，磷酸化调控事件通过直接增强转运体和离子通道的功能活性、运输更多的转运体和离子通道到细胞膜上、增强转运体和离子通道与其正调控互作蛋白的结合能力、增加转运体和离子通道的蛋白稳定性、以及增加转运体和离子通道与其正调控互作蛋白的转录丰度等方式增强植物对养分的吸收能力，尽量满足植物对养分的需求。而在养分过量供应时，磷酸化调控事件朝着与上述过程相反的方向进行，显著降低植物对养分的吸收能力，避免养分过量摄取产生的毒害（图1–图4）。(iii)强化有利于养分吸收的磷酸化事件，抑制不利于养分吸收的磷酸化事件在创制养分高效植株方面取得了良好进展。然而，作者认为还有下列问题值得进一步研究：(i)如此众多的磷酸化调控事件是如何协同起来实现植物对养分的高效吸收的？(ii)过量的养分吸收会对植物造成毒害。在利用磷酸化调控机理创制养分吸收高效植物材料的同时，协同性的增强植物对养分高效利用过程，可能是进一步实现养分高效的重要策略。

作者和基金项目

江苏省中国科学院植物研究所郝东利助理研究员为该文第一作者，江苏省中国科学院植物研究所郭海林研究员和江苏农林职业技术学院周金燕讲师为共同通信作者。该研究得到江苏省“双创博士”人才计划项目（JSSCBS20221643）、江苏省中国科学院植物研究所博士启动基金（JIBTF202210）、江苏农林职业技术学院青年人才托举项目（2021kj26）、国家自然科学基金项目（32101429）和江苏省自然科学基金（BK20200288）的资助。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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