華中農業(yè)大學學者揭示甘藍型油菜根系磷吸收和花器官磷分配的調控機制

　　

　　磷是作物生長發(fā)育和產量形成所必需的大量營養(yǎng)元素之一。土壤中的有效磷濃度通常極低，一般低于10 μM，作物因此經(jīng)常遭受低磷脅迫，導致其生長發(fā)育受阻和產量降低。施用化學磷肥大幅提高了作物產量，但也造成了資源浪費和環(huán)境污染等問題。同時，花藥和雌蕊中的磷濃度只有維持在非常窄的范圍內植物才能進行正常生殖生長，這對產量至關重要。甘藍型油菜是我國以及國際上重要的油料作物，需磷較高且對缺磷敏感。甘藍型油菜是異源四倍體作物，基因組非常復雜，鑒定其磷吸收過程的關鍵調控基因，研究其在磷穩(wěn)態(tài)中的功能，對油菜磷高效品種的培育具有重要的生產實踐意義。

　　

　　甘藍型油菜中有4個NITROGEN LIMITATION ADAPTATION1（BnaNLA1）基因，它們主要在根部表達，并受到缺磷處理的下調。在缺磷處理下，MicroRNA827（BnamiR827）在根系和地上部均被誘導表達，進而抑制BnaNLA1基因的表達。BnaA09.NLA1在根、老葉、花藥和花粉中均有表達。敲除BnaNLA1成員（BnaA09.NLA1及其最近的同源基因BnaC08.NLA1）或過表達BnamiR827導致葉片和雄蕊中磷濃度增加，花粉活力降低，從而對籽粒產量產生負面影響。值得注意的是，BnaA09.NLA1和BnaC08.NLA1冗余性地調控磷吸收，而BnaA09.NLA1還在花藥磷分配過程中起主導作用，這表明BnaNLA1成員在甘藍型油菜中的功能產生了分化。

　　

　　研究人員利用BiFC、酵母雙雜交和體外泛素化等技術證明，BnaA09.NLA1與7個在根和/或花藥中高度表達的油菜BnaPHT1家族磷轉運蛋白（即BnaPT8/10/11/27/35/37/42）相互作用并介導其蛋白降解，以調節(jié)根系中磷的吸收和花藥中磷的分配。該研究表明BnamiR827-BnaNLA1-BnaPHT1模塊調控甘藍型油菜根系磷吸收和花器官中磷的分配，這對甘藍型油菜的生長發(fā)育、花粉活力和籽粒產量形成至關重要。該研究為揭示BnaNLA1基因在油菜磷穩(wěn)態(tài)中的基因功能、調控途徑及其功能分化提供了新的見解。

　　

　　博士研究生吳濤為論文第一作者，石磊教授為通訊作者。華中農業(yè)大學植物營養(yǎng)生物學團隊徐芳森教授、王創(chuàng)教授、丁廣大教授、汪社亮副教授、蔡紅梅副教授、韓貝博士、張兵兵博士、博士生王雅潔，華中農業(yè)大學生命科學技術學院劉主教授，英國雷丁大學John P. hammond教授以及澳大利亞樂卓博大學Surya Kant副教授也參與了該項研究。該研究得到了農業(yè)生物育種國家科技重大專項（2023ZD04072）和國家自然科學基金（32172662和31972498）的資助。