中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所土壤植物互作創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)近日發(fā)現(xiàn),GARP家族轉(zhuǎn)錄因子RLI1編碼基因通過(guò)可變剪切的“一箭雙雕”調(diào)控策略來(lái)平衡植物生長(zhǎng)與低磷養(yǎng)分適應(yīng)性的分子生理機(jī)制。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物細(xì)胞(The Plant Cell)》上。
磷是作物豐產(chǎn)所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素,據(jù)介紹,目前我國(guó)耕地土壤普遍存在總磷含量高,而作物可吸收利用有效磷含量不足的問(wèn)題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中往往通過(guò)大量施用磷肥來(lái)解決,但這不僅會(huì)導(dǎo)致田間磷肥利用率降低,也易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此,如何從作物自身出發(fā),提高作物的磷養(yǎng)分吸收利用效率是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需解決的問(wèn)題。
圖片說(shuō)明:RLI1通過(guò)可變剪切整合磷信號(hào)、磷平衡及生長(zhǎng)調(diào)控的工作模型(中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所供圖)
為了更好地應(yīng)對(duì)土壤磷素狀況,植物已經(jīng)進(jìn)化出多種磷養(yǎng)分吸收利用及基于磷養(yǎng)分供給水平的生長(zhǎng)應(yīng)答機(jī)制。然而,目前仍不清楚這些應(yīng)答機(jī)制之間是如何協(xié)調(diào)響應(yīng)的。
研究團(tuán)隊(duì)基于前期報(bào)道的土壤磷素調(diào)控水稻株型的重要調(diào)控因子RLI1,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)RLI1基因存在可變剪切現(xiàn)象。RLI1的可變剪切能產(chǎn)生兩種蛋白亞型:RLI1a(包含MYB DNA結(jié)合域)和RLI1b(包含MYB和CC結(jié)構(gòu)域),兩種蛋白亞型在外界磷素養(yǎng)分供應(yīng)充足和缺乏條件下行使著不同的功能。當(dāng)土壤有效磷供應(yīng)充足時(shí),水稻大量積累RLI1a亞型蛋白并激活油菜素內(nèi)酯的合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),以此促進(jìn)磷養(yǎng)分充足條件下的高效生長(zhǎng)。當(dāng)土壤有效磷供應(yīng)不足時(shí),RLI1b亞型蛋白大量積累,其與磷素核心調(diào)控因子PHR2協(xié)同激活磷饑餓應(yīng)答信號(hào),以提升水稻從外界獲取磷養(yǎng)分的能力,促進(jìn)體內(nèi)磷養(yǎng)分的高效周轉(zhuǎn)再利用,以此來(lái)幫助水稻抵御低磷脅迫。
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),RLI1通過(guò)可變剪切來(lái)整合磷信號(hào)、磷平衡及生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)制在被子植物中都是普遍存在的。該保守機(jī)制的解析,為今后培育株型理想磷養(yǎng)分高效的作物提供理論依據(jù)。