磷素如何在水稻中再分配并累积于花药中

 磷素在水稻中的再分配。南京农大供图

近日，南京农业大学教授徐国华团队在《植物生理学》（Plant Physiology）在线发表了最新研究论文，阐明了水稻磷转运体OsPHT1;7在磷素再分配和花药磷积累中的功能。

论文通讯作者、南京农业大学副教授顾冕介绍，作物的磷效率主要分为吸收效率（PAE）和利用效率（PUE）。吸收效率指作物从土壤中获取磷素的能力，其分子机制已得到深入解析；利用效率则是由磷素吸收、转运、分配、同化、周转/再分配、生长发育响应等多个过程共同决定的复杂性状。其中，作物体内磷素的高效周转是保证其利用效率的重要前提。这种高效周转包括从源器官老叶向库器官新叶、穗的再分配。然而，作物体内磷素周转的分子生理机制尚不清楚。

与其他已发现的磷转运体基因不同，OsPHT1;7在根部不表达，而是在老叶的维管束鞘和韧皮部薄壁细胞，以及节 (Node) 中两种维管束 (常规/分散维管束和肥大维管束) 的韧皮部表达。

论文第一作者、南京农业大学博士研究生戴长荣介绍，由OsPHT1;7在地上部特异的时空表达模式，结合其突变体植株的生理表型可知，该转运体在水稻磷素再分配过程的三个步骤（老叶维管束鞘、老叶韧皮部薄壁细胞、节）中扮演着“阀门”的角色；水稻磷素再分配需要质外体途径的参与，并且不排除共质体途径的贡献。

另一方面，水稻生殖生长的单核小孢子期至三核花粉期，花药中的磷素会在短时间内大量积累。研究发现，该时期OsPHT1;7在花药中的表达量显著高于其他所有磷转运体基因，表明其对花药磷积累的重要贡献。

对OsPHT1;7突变体植株的生理表型分析证实，OsPHT1;7的突变不仅影响水稻植株的生长——株高、穗长降低，还显著抑制花药中的磷积累，导致结实率和产量下降80%以上。

该研究为解析作物体内磷素周转的分子生理机制提供了新的线索，并为旨在提高作物PUE的分子育种工作提供了理论依据和基因资源。

徐国华教授和余玲教授参与指导了研究。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac030