中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心雷明光團隊發(fā)現，一個(gè)控制根系發(fā)育的轉錄因子SHR通過(guò)控制木質(zhì)部磷裝載關(guān)鍵因子PHO1的蛋白穩定性，調控磷在根冠間的分配。

北京時(shí)間2022年9月1日23時(shí)，Nature Plants雜志在線(xiàn)發(fā)表了這一發(fā)現。

磷是植物生長(cháng)發(fā)育所必需的大量礦質(zhì)營(yíng)養元素之一，不僅是多種生物分子的基本結構成分，而且參與了植物光合作用、呼吸作用、能量代謝和信號轉導等重要的生命過(guò)程。但是大部分土壤中可以被植物直接吸收利用的磷濃度很低，有效磷的缺乏是限制農作物產(chǎn)量的重要因素之一。

模式植物擬南芥中，磷轉運蛋白PHO1特異性地在根成熟區木質(zhì)部附近的中柱鞘細胞中表達，是調控根中磷裝載的關(guān)鍵因子。以前的研究發(fā)現，低磷增強了PHO1基因的轉錄，并且通過(guò)降解一個(gè)E2泛素結合酶PHO2，分別在轉錄和轉錄后水平增加PHO1的水平。這些分子機制研究的結果提示，低磷會(huì )增加PHO1蛋白，促進(jìn)磷從根往地上部的轉運。但是，在營(yíng)養缺乏條件下，植物需要將更多的資源分配給根部，促進(jìn)根系的生長(cháng)，以獲取更多的營(yíng)養。這似乎和已發(fā)現的分子機制存在矛盾。

SHORT ROOT （SHR）是調控根皮層/內皮層干細胞的不對稱(chēng)分裂，并維持根頂端分生組織活性的一個(gè)關(guān)鍵轉錄因子。在雷明光研究員的指導下，助理研究員肖薪龍和博士研究生張潔瓊等發(fā)現，SHR部分缺失的突變體中，磷從根往地上部的轉運被抑制。進(jìn)一步研究發(fā)現，低磷脅迫抑制了根成熟區SHR的翻譯，穩定了下游的轉錄因子PHB。他們還發(fā)現PHB可以直接結合E2泛素結合酶PHO2的啟動(dòng)子，激活PHO2的表達，從而降低了PHO1的蛋白穩定性。PHO1的降解抑制了磷從根往地上部的運輸，從而將更多的磷留在根部。與此一致的是，低磷條件下，生物量和磷含量的根冠比都顯著(zhù)增加，有限的磷被優(yōu)先分配給根，促進(jìn)了根系的生長(cháng)。因此，該研究揭示了在營(yíng)養缺乏條件下，植物如何抑制磷在木質(zhì)部的裝載，將磷優(yōu)先分配給根系的新機制。

該研究得到了上海市青年英才揚帆計劃和中國科學(xué)院經(jīng)費的支持。

雷明光團隊近年來(lái)在磷信號通路研究中取得了一系列進(jìn)展，發(fā)現多磷酸肌醇InsP8是植物細胞內的磷信號分子（Dong et al., Molecular Plant, 2019），并和上海師范大學(xué)的邢維滿(mǎn)教授合作解析了磷信號分子的感受機制（Zhou et al., Nature Communications, 2021）。

相關(guān)論文信息：

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