氮和磷是植物生長發(fā)育所必需的大量元素,對于植物的生長和農(nóng)作物增產(chǎn)具有重要作用。為了保證和提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量,人們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中每年向土壤中施用大量肥料。然而,磷肥易被土壤中重金屬離子和土壤顆粒固定、或被土壤微生物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锊荒芪盏挠袡C磷等,磷肥的當(dāng)季利用效率很低,植物仍會遭受低磷脅迫。同時,氮肥施用偏高,土壤溶液中可溶性無機磷和氮的比例失衡。在磷素缺乏而氮素過量的土壤環(huán)境,植物如何協(xié)同調(diào)控氮磷吸收的分子機制并不是十分清楚。
近日,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)武維華和陳益芳教授團隊在The?Plant?Cell發(fā)表了題為The?Transcription?Factor?NIGT1.2?Modulates?Both?Phosphate?Uptake?and?Nitrate?Influx?during?Phosphate?Starvation?in?Arabidopsis?and?Maize的研究論文,揭示了轉(zhuǎn)錄因子NIGT1.2在低磷脅迫條件下協(xié)同調(diào)節(jié)無機磷和硝態(tài)氮吸收的分子機制。
生理實驗結(jié)果顯示,在低磷脅迫條件下,植物硝態(tài)氮吸收降低,nigt1.1?nigt1.2雙突變體的磷吸收速率顯著低于野生型,硝態(tài)氮的吸收速率顯著高于野生型。提高NIGT1.2的表達能夠提高植物無機磷吸收速率,抑制硝態(tài)氮吸收。進一步分子生化和遺傳實驗結(jié)果顯示,低磷脅迫條件下,NIGT1.2直接正向調(diào)控磷轉(zhuǎn)運體基因PHT1;1和PHT1;4?的表達,提高植物磷吸收;同時NIGT1.2直接負調(diào)控硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運體基因NRT1.1的表達,抑制硝態(tài)氮吸收。以上結(jié)果證明,在低磷脅迫條件下,轉(zhuǎn)錄因子NIGT1.2和NIGT1.1在協(xié)同調(diào)控氮磷吸收生理過程中發(fā)揮重要作用。擬南芥和玉米中存在相似的氮磷吸收調(diào)控機制,暗示該調(diào)控機制在雙子葉植物和單子葉植物中保守。
NIGT1.2在低磷脅迫條件下協(xié)同調(diào)節(jié)無機磷和硝態(tài)氮吸收的分子機制的解析為人們通過遺傳改良方法提高作物氮磷營養(yǎng)效率提供了線索和基因儲備,也擴展了人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“平衡施肥”的理解。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王雪博士為本論文第一作者,陳益芳教授為通訊作者。研究工作得到了國家生物新品種培育重大專項和國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。