8月20日，華中農業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養生物學(xué)團隊在Plant, Cell & Environment 上發(fā)表了題為“Identification of vacuolar phosphate influx transporters in Brassica napus”的研究論文，該論文首次從異源四倍體作物甘藍型油菜PHT5家族八個(gè)成員中鑒定出了兩個(gè)液泡磷儲存轉運子BnaA09PHT5;1b和BnCnPHT5;1b，揭示了其調控油菜苗期和生殖生長(cháng)期磷穩態(tài)的生物學(xué)功能。

 

　　磷是植物生長(cháng)發(fā)育所必需的營(yíng)養元素之一。在自然界中，植物對生長(cháng)介質(zhì)磷濃度的變化主要依靠植物細胞液泡的緩沖機制。甘藍型油菜是我國也是世界上重要的油料作物，需磷較高且對磷敏感。甘藍型油菜是異源四倍體作物，基因組非常復雜，鑒定其液泡磷轉運子，研究其在磷穩態(tài)中的功能，對磷高效油菜品種的培育具有重要的生產(chǎn)實(shí)踐意義。

 

　　甘藍型油菜PHT5家族8個(gè)成員中只有BnaA09PHT5;1b和BnCnPHT5;1b受供磷誘導。兩個(gè)基因均在液泡膜上定位，具有磷轉運活性。利用Crispr-Cas9技術(shù)構建BnPHT5;1bs雙突變體材料，結果表明BnPHT5;1bs雙突變體苗期根細胞液泡中無(wú)機磷濃度顯著(zhù)下降，磷含量降低，但根冠比增加導致苗期地上部葉片無(wú)機磷濃度始終高于野生型，這與模式植物擬南芥中的研究結果存在差異（擬南芥vpt1突變體地上部葉片無(wú)機磷濃度低于野生型）。在油菜花期，BnPHT5;1bs雙突變體中磷被過(guò)度分配到花器官中，從而導致后期種子發(fā)育出現異常，種子性狀明顯受到影響，說(shuō)明BnPHT5;1bs影響了油菜整個(gè)植株的磷穩態(tài)。而將BnPHT5;1bs兩個(gè)基因在擬南芥野生型中超表達，轉基因植株出現了較好的長(cháng)勢，這為提高油菜磷高效利用效率提供了一種新的思路。

 

　　韓貝博士為論為第一作者，汪社亮副教授和石磊教授為共同通訊作者。課題組王創(chuàng )教授、丁廣大教授、徐芳森教授、蔡紅梅副教授、英國詹姆斯·赫頓研究所Philip J. White教授、博士后嚴軍軍，博士生吳濤、碩士生姜澳生也參與了該項研究。浙江大學(xué)劉于老師和中科院物數所董旭研究員提供了核磁共振技術(shù)支撐。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃重點(diǎn)項目的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Recent progress has shown that vacuolar Pi transporters （VPTs） are important for cellular Pi homeostasis in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa under fluctuating external Pi supply, but the identity and involvement of VPTs in cellular Pi homeostasis in Brassica napus is poorly understood. Here, we identified two vacuolar Pi influx transporters B. napus, BnA09PHT5;1b and BnCnPHT5;1b, and uncovered their necessity for cellular Pi homeostasis through functional analysis. Both Brassica proteins are homologs of Arabidopsis AtPHT5;1 with a similar sequence, structure, tonoplast localization, and VPT activity. Brassica pht5;1b double mutants had smaller shoots and larger shoot cellular Pi concentrations than wild-type B. napus, which contrasts with a previous study of the Arabidopsis pht5;1 mutant, suggesting that PHT5;1-VPTs play different roles in cellular Pi homeostasis in seedlings of B.napus and A. thaliana. Disruption of BnPHT5;1b genes also caused Pi toxicity in floral organs, reduced seed yield and impacted seed traits, consistent with the proposed role of AtPHT5;1 in floral Pi homeostasis in Arabidopsis. Taken together, our studies identified two vacuolar Pi influx transporters in B. napus and revealed the distinct and conserved roles of BnPHT5;1bs in cellular Pi homeostasis in this plant species.

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14423