作者:小柯生命 来源:小柯生命微信公号 发布时间:2022/9/2 9:05:29
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《自然—植物》:中科院分子植物卓越中心雷明光团队发现磷在植物根冠间分配的新机制

 

中国科学院分子植物科学卓越创新中心雷明光团队发现,一个控制根系发育的转录因子SHR通过控制木质部磷装载关键因子PHO1的蛋白稳定性,调控磷在根冠间的分配。

北京时间2022年9月1日23时,Nature Plants杂志在线发表了这一发现。

磷是植物生长发育所必需的大量矿质营养元素之一,不仅是多种生物分子的基本结构成分,而且参与了植物光合作用、呼吸作用、能量代谢和信号转导等重要的生命过程。但是大部分土壤中可以被植物直接吸收利用的磷浓度很低,有效磷的缺乏是限制农作物产量的重要因素之一。

模式植物拟南芥中,磷转运蛋白PHO1特异性地在根成熟区木质部附近的中柱鞘细胞中表达,是调控根中磷装载的关键因子。以前的研究发现,低磷增强了PHO1基因的转录,并且通过降解一个E2泛素结合酶PHO2,分别在转录和转录后水平增加PHO1的水平。这些分子机制研究的结果提示,低磷会增加PHO1蛋白,促进磷从根往地上部的转运。但是,在营养缺乏条件下,植物需要将更多的资源分配给根部,促进根系的生长,以获取更多的营养。这似乎和已发现的分子机制存在矛盾。

SHORT ROOT (SHR)是调控根皮层/内皮层干细胞的不对称分裂,并维持根顶端分生组织活性的一个关键转录因子。在雷明光研究员的指导下,助理研究员肖薪龙和博士研究生张洁琼等发现,SHR部分缺失的突变体中,磷从根往地上部的转运被抑制。进一步研究发现,低磷胁迫抑制了根成熟区SHR的翻译,稳定了下游的转录因子PHB。他们还发现PHB可以直接结合E2泛素结合酶PHO2的启动子,激活PHO2的表达,从而降低了PHO1的蛋白稳定性。PHO1的降解抑制了磷从根往地上部的运输,从而将更多的磷留在根部。与此一致的是,低磷条件下,生物量和磷含量的根冠比都显著增加,有限的磷被优先分配给根,促进了根系的生长。因此,该研究揭示了在营养缺乏条件下,植物如何抑制磷在木质部的装载,将磷优先分配给根系的新机制。

该研究得到了上海市青年英才扬帆计划和中国科学院经费的支持。

雷明光团队近年来在磷信号通路研究中取得了一系列进展,发现多磷酸肌醇InsP8是植物细胞内的磷信号分子(Dong et al., Molecular Plant, 2019),并和上海师范大学的邢维满教授合作解析了磷信号分子的感受机制(Zhou et al., Nature Communications, 2021)。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41477-022-01231-w

 
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