近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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)揭示了水稻響應(yīng)外界磷素狀況調(diào)節(jié)葉片直立性的細(xì)胞學(xué)及分子生理學(xué)機(jī)制，為通過(guò)分子設(shè)計(jì)培育磷養(yǎng)分高效且耐密植的水稻種質(zhì)提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物細(xì)胞（Plant Cell）》上。
磷素作為大量必需元素，其高效吸收及利用對(duì)于植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。由于磷素在土壤中易被固定而難以吸收，導(dǎo)致磷肥的當(dāng)季利用效率比較低（約20%或更低）。在田間生產(chǎn)過(guò)程中，主要是通過(guò)大量的施加磷肥來(lái)克服其容易固定的特點(diǎn)。這使得我國(guó)大量的耕地中總磷含量高，而植物能吸收利用的有效磷含量相對(duì)較低。因此，培育磷高效的作物是解決土壤可利用磷素相對(duì)匱乏的有效手段。此外，作物的耕作模式也極大的影響著作物的養(yǎng)分利用效率。適度的密植能夠提高作物養(yǎng)分利用效率和單位面積光合效率，最終提高作物產(chǎn)量。如：合理密植能增加單位面積根系與土壤的接觸面積，從而促使植株更充分的利用土壤中各個(gè)區(qū)域的磷養(yǎng)分。為此，解析外界不同磷素供應(yīng)狀況如何調(diào)控水稻葉片的傾角對(duì)培育磷高效的水稻至關(guān)重要。
水稻長(zhǎng)期磷素匱乏的典型癥狀是“一炷香”，即表現(xiàn)為葉片直立，分蘗減少。然而，低磷脅迫導(dǎo)致葉片直立的細(xì)胞學(xué)及分子生理學(xué)機(jī)制一直懸而未決。研究團(tuán)隊(duì)利用細(xì)胞學(xué)和植物營(yíng)養(yǎng)分子生理學(xué)的研究手段發(fā)現(xiàn)：低磷脅迫通過(guò)抑制葉枕（葉柄與葉鞘的連接區(qū)域）處細(xì)胞的伸長(zhǎng)來(lái)限制葉枕的大小，進(jìn)而使葉片變得更直立。在這個(gè)調(diào)控過(guò)程中，缺磷誘導(dǎo)的SPX1/2蛋白和缺磷抑制的RLI1蛋白協(xié)同調(diào)控該過(guò)程。當(dāng)磷素匱乏時(shí)，SPX1/2能直接與RLI1結(jié)合，從而抑制RLI1的轉(zhuǎn)錄活性，使RLI1不能激活下游調(diào)控細(xì)胞伸長(zhǎng)的基因BU1 和BC1的表達(dá)，從而導(dǎo)致葉片直立。當(dāng)磷素充足時(shí)，SPX1/2的表達(dá)受到抑制，而RLI1的表達(dá)不受抑制，這使得RLI1能正常激活下游調(diào)控基因BU1和BC1的表達(dá)，進(jìn)而促使葉枕處的細(xì)胞伸長(zhǎng)，最終使葉片的直立性下降。
該調(diào)控機(jī)制的解析，將有助于科學(xué)家根據(jù)不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，設(shè)計(jì)出不同株型且對(duì)外界磷素養(yǎng)分變化敏感或不敏感的水稻品種，達(dá)到促進(jìn)田間磷素利用效率的目標(biāo)。
相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金及中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程資助。
文章鏈接：http://www.plantcell.org/content/early/2018/04/02/tpc.17.00738
