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研究發(fā)現(xiàn)：作物通過基因可變剪切來整合自身高效生長與低磷養(yǎng)分適應(yīng)性

工人日報-中工網(wǎng)記者 黃哲雯  通訊員 金云翔 

中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所土壤植物互作創(chuàng)新團隊近日發(fā)現(xiàn)，GARP家族轉(zhuǎn)錄因子RLI1編碼基因通過可變剪切的“一箭雙雕”調(diào)控策略來平衡植物生長與低磷養(yǎng)分適應(yīng)性的分子生理機制。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物細胞（The Plant Cell）》上。

磷是作物豐產(chǎn)所必需的大量營養(yǎng)元素，據(jù)介紹，目前我國耕地土壤普遍存在總磷含量高，而作物可吸收利用有效磷含量不足的問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中往往通過大量施用磷肥來解決，但這不僅會導(dǎo)致田間磷肥利用率降低，也易引起水體富營養(yǎng)化等環(huán)境風險。因此，如何從作物自身出發(fā)，提高作物的磷養(yǎng)分吸收利用效率是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需解決的問題。

圖片說明：RLI1通過可變剪切整合磷信號、磷平衡及生長調(diào)控的工作模型（中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所供圖）

為了更好地應(yīng)對土壤磷素狀況，植物已經(jīng)進化出多種磷養(yǎng)分吸收利用及基于磷養(yǎng)分供給水平的生長應(yīng)答機制。然而，目前仍不清楚這些應(yīng)答機制之間是如何協(xié)調(diào)響應(yīng)的。

研究團隊基于前期報道的土壤磷素調(diào)控水稻株型的重要調(diào)控因子RLI1，進一步發(fā)現(xiàn)RLI1基因存在可變剪切現(xiàn)象。RLI1的可變剪切能產(chǎn)生兩種蛋白亞型：RLI1a（包含MYB DNA結(jié)合域）和RLI1b（包含MYB和CC結(jié)構(gòu)域），兩種蛋白亞型在外界磷素養(yǎng)分供應(yīng)充足和缺乏條件下行使著不同的功能。當土壤有效磷供應(yīng)充足時，水稻大量積累RLI1a亞型蛋白并激活油菜素內(nèi)酯的合成及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，以此促進磷養(yǎng)分充足條件下的高效生長。當土壤有效磷供應(yīng)不足時，RLI1b亞型蛋白大量積累，其與磷素核心調(diào)控因子PHR2協(xié)同激活磷饑餓應(yīng)答信號，以提升水稻從外界獲取磷養(yǎng)分的能力，促進體內(nèi)磷養(yǎng)分的高效周轉(zhuǎn)再利用，以此來幫助水稻抵御低磷脅迫。

進一步的研究發(fā)現(xiàn)，RLI1通過可變剪切來整合磷信號、磷平衡及生長的調(diào)控機制在被子植物中都是普遍存在的。該保守機制的解析，為今后培育株型理想磷養(yǎng)分高效的作物提供理論依據(jù)。