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生物所在光信号调控植物磷饥饿领域取得重要进展

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  近日,中国农业科学院生物技术研究所创新团队在光信号调控植物磷饥饿领域取得重要进展。该研究发现,光作为调控植物生长和发育最重要的环境信号因子之一,可以促进转录因子(PHR1)基因的表达,这不仅加深了对植物磷饥饿反应分子调控机理的理解,而且为培育磷高效利用作物新品种提供了理论依据。相关研究成果于8月26日在线发表在植物科学顶级期刊《植物细胞学(The Plant Cell)》上。

  磷是植物生长发育与繁殖必需的营养元素之一。磷在植物体内参与光合作用、呼吸作用、能量储存和传递、细胞分裂等过程,促进植物生长与发育。在农业生产中一般通过施加磷肥来增加土壤中的磷含量。然而,目前全球面临磷资源稀缺和磷肥过度施用导致农业生产成本升高、土壤及水体严重污染的双重挑战。因此如何有效地提高作物对磷的吸收和利用是一个生产上的难题。过去研究发现当植物面对磷饥饿的环境时,会表现出一系列的适应性生长变化来增强磷的获取和利用,包括根系结构的重塑,光合作用降低,花青素和淀粉积累等。这些生长发育的改变很多都是由一个重要的MYB转录因子(PHR1)调控,但是PHR1如何响应磷饥饿和其他的环境信号来启动磷饥饿反应的分子机理尚不清楚。

  生物所王海洋研究员领衔的创新团队发现,光作为调控植物生长和发育最重要的环境信号因子之一,可以促进PHR1基因的表达。三个重要的光信号转导因子(FHY3,FAR1和HY5)可以直接与PHR1启动子结合,其中FHY3和FAR1促进,而HY5抑制PHR1的转录。另外,植物激素乙烯通过其信号转导关键转录因子EIN3 直接激活PHR1的转录。FHY3还可以和EIN3 直接互作,而HY5能够抑制FHY3和EIN3对PHR1的转录激活。光和乙烯都可以促进FHY3蛋白的积累,而乙烯可以抑制HY5蛋白的积累。这些研究结果表明光和乙烯通过信号整合于PHR1的启动子,来协同调控植物PHR1的表达和磷饥饿反应。该研究不仅加深了对植物磷饥饿反应分子调控机理的理解,也为培育磷高效利用作物新品种提供了理论依据。

  该论文以中国农科院生物技术研究所为第一完成单位,生物所刘扬博士和谢钰容副研究员为该论文共同第一作者,王海洋研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金,中国农业科学院科技创新工程,中国博士后基金等项目的资助。(通讯员 崔艳)

文章链接:http://www.plantcell.org/content/early/2017/08/25/tpc.17.00268

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