华中农大与日本冈山大学合作解析双子叶植物磷优先分配的生物学机制取得重要进展

来源：植物生物学

原标题：【Mol. Plant】：华中农大与日本冈山大学合作解析双子叶植物磷优先分配的生物学机制取得重要进展

近年来的研究表明，禾本科植物主要通过位于节中的转运蛋白及不同维管系统间的转移来实现矿质元素在地上部各组织器官的优先分配。然而，对于双子叶植物中矿质养分在地上部分配的生物学机制却知之甚少。

2019年10月10日，Molecular Plant在线发表了题为“Vascular cambium-localized AtSPDT mediates xylem-to-phloem transfer of phosphorus for its preferential distribution in Arabidopsis”的研究论文。

该研究深入揭示了双子叶植物地上部磷优先分配的生物学机制。华中农业大学丁广大副教授与日本冈山大学资源植物科学研究所雷贵杰博士为论文的共同第一作者，日本冈山大学资源植物科学研究所马建锋教授为论文的通讯作者。

磷是植物生长发育必需的大量营养元素。研究人员发现AtSPDT/AtSULTR3;4（SULTR-like P Distribution Transporter）磷转运蛋白介导了磷从木质部经维管形成层向韧皮部的转移，进而实现磷向新生组织器官的优先分配。

研究人员将AtSPDT蛋白融合到爪蟾卵母细胞进行转运活性分析，发现该蛋白具有非常强的磷转运活性，但不转运硫。表达分析表明该基因苗期主要在基部节和叶柄中受缺磷诱导表达，成熟期主要在基部节、基部茎、节点等部位大量表达。通过启动子融合GFP的实验进行组织特异性分析，结果发现AtSPDT蛋白主要在vascular cambium、xylem parenchyma tissue和phloem parenchyma tissue中表达。

该基因突变后，苗期突变体中磷向新生叶中分配的比例相比野生型显著下降，成熟期产量没有变化，但是突变体种子中磷的分配比例相比野生型减少8.2%-33.6%。同时，突变体木质部汁液中磷的浓度显著上升。该基因的突变并不影响其他矿质元素的分配，也不影响磷的再分配。基于上述结果，研究人员构建了拟南芥磷优先分配的模型（见下图）。

该研究揭示了双子叶植物磷从木质部经形成层转移至韧皮部，进而实现磷向新生组织器官优先分配的分子机制。进一步通过文献分析，作者认为这种机制可能是双子叶植物矿质养分分配的普遍机制。

图 AtSPDT蛋白介导拟南芥磷优先分配的模型

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30326-0