SDELs-SPX4-PHRs調(diào)控水稻應(yīng)答外界磷素變化的模式圖
4月16日，《分子植物》（Molecular Plant）雜志在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所（以下簡稱資劃所）土壤植物互作創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)易可可研究組最新研究成果，首次揭示水稻磷素感受器SPX蛋白的低磷脅迫穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制，構(gòu)建了基于SDELs-SPX4-PHRs的低磷脅迫應(yīng)答調(diào)控程序。
磷素是作物豐產(chǎn)所必須的大量營養(yǎng)元素，由于磷素在土壤中有效性低、易被固定，導(dǎo)致全球約70%耕地中的有效磷含量不能滿足作物的正常生長發(fā)育需求。因此，提高作物的磷素吸收利用效率一直是廣大科研工作者為之努力的目標(biāo)。通過基因工程的手段對(duì)作物進(jìn)行遺傳改良是提高作物磷素吸收利用效率的有效手段，但前提是對(duì)作物響應(yīng)磷素變化調(diào)控的分子機(jī)制要有深入的認(rèn)識(shí)。
論文通訊作者、資劃所研究員易可可說，一直以來，能感知植物體內(nèi)磷素變化的感受蛋白SPXs的穩(wěn)定調(diào)控機(jī)制一直不清楚，因此近年來SPXs蛋白的穩(wěn)定調(diào)控機(jī)制成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。易可可研究組經(jīng)過4年多的攻關(guān)，利用遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的相關(guān)研究方法，成功解析了水稻體內(nèi)磷素感受器SPX4蛋白的穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制及作物響應(yīng)低磷脅迫的應(yīng)答程序，為分子設(shè)計(jì)磷高效的智能作物提供了新的靶位點(diǎn)和理論依據(jù)。
論文第一作者、資劃所副研究員阮文淵介紹，兩類蛋白（SDELs和PHRs）和一類多聚磷酸肌醇（IPs）分子共同調(diào)控磷素感受器SPX4的穩(wěn)定性。當(dāng)外界磷素供應(yīng)充足時(shí)，由于細(xì)胞內(nèi)IPs含量高，其介導(dǎo)了SPX4與PHR2形成穩(wěn)定復(fù)合體，導(dǎo)致SDELs不能有效識(shí)別SPX4，從而阻礙了SPX4的泛素化修飾，SPX4得以穩(wěn)定存在。與此同時(shí)，復(fù)合體的形成抑制了PHRs對(duì)下游磷饑餓誘導(dǎo)基因的激活，使磷饑餓應(yīng)答程序處于靜息狀態(tài)。當(dāng)磷素匱乏時(shí)，復(fù)合體逐步解聚，使得SDELs能有效識(shí)別游離的SPX4蛋白并介導(dǎo)其降解。同時(shí)缺磷誘導(dǎo)SDELs蛋白積累，加速SDELs對(duì)SPX4進(jìn)行泛素化修飾，并通過26S蛋白酶體途徑對(duì)SPX4進(jìn)行降解。從復(fù)合體釋放出來的PHRs能有效結(jié)合下游調(diào)控基因的啟動(dòng)子，從而啟動(dòng)磷素匱乏應(yīng)答程序以應(yīng)對(duì)低磷脅迫。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程的資助。
相關(guān)論文信息：DOI：https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.003
