近日，南京农业大学孙淑斌教授与四川大学杨健副研究员合作解析了水稻叶绿体磷酸盐转运体OsPHT2;1的功能。相关研究结果以Mutation of the chloroplast‐localized phosphate transporter OsPHT2;1 reduces flavonoids accumulation and UV tolerance in rice为题发表在The Plant Journal 杂志上。
磷素是植物生长发育所必需的重要营养元素。磷酸盐（Pi）是能够被植物直接吸收利用的唯一形式。尽管土壤中总磷含量较高，但由于Pi会与金属阳离子一起沉淀，可被植物直接利用的Pi含量较低，常常为作物生长发育的限制因子。在根部吸收后，Pi通过木质部转移到地上组织。Pi被同化进有机物如己糖磷酸和ATP，或储存在液泡中。Pi缺乏会减少ATP的含量和CO2的同化，从而导致可溶性蔗糖的减少和淀粉积累。因此，Pi对植物碳代谢具有重大影响。叶绿体中的Pi稳态由位于叶绿体类囊体膜或内膜上的Pi转运蛋白控制。水稻调节Pi吸收的机制已经初步建立，但是维持水稻叶绿体Pi稳态的功能知之甚少。
PHT2; 1是介导叶绿体中Pi的转运蛋白之一。为了全面揭示OsPHT2; 1在水稻叶绿体中的功能，该研究剖析了OsPHT2; 1在介导叶绿体基质Pi稳态和光保护中的作用及其机理。结果表明，OsPHT2; 1编码了一个叶绿体内膜定位的低亲和Pi转运蛋白，其表达受Pi饥饿和光照诱导。水稻ospht2; 1的突变导致Pi含量的降低、植物生长的抑制和光合速率的下降。
代谢组学分析发现，ospht2; 1突变体共有78个已知代谢物含量降低，34个代谢物含量升高。在降低的代谢物中52.6％为类黄酮。与野生型相比，ospht2; 1突变体类黄酮含量降低幅度达40％，这导致了植物对UV-B辐射更加敏感。进一步分析发现类黄酮的前体苯丙氨酸的含量也降低了，并且很大程度上与ADT1 / MTR1的表达受到抑制有关。此外，ospht2; 1突变体在较高水平的UV-B辐照下显示出谷物产量下降，而在较低水平下突变体和野生型产量无差异。表明OsPHT2; 1在不同纬度介导紫外线耐受性，进而影响水稻产量。
因此，该研究明确了OsPHT2; 1是一个叶绿体定位，编码低亲和Pi转运蛋白基因；深入解析了其在水稻体内磷酸盐转运功能，以及在不同纬度条件下对水稻紫外线耐受性和水稻产量的影响。
该文第一作者为南京农业大学博士研究生刘秀丽和四川大学博士研究生王兰，南京农业大学孙淑斌教授和四川大学杨健副研究员为该文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金，转基因重点研发计划，四川省自然科学基金和江苏省研究生科研与实践创新计划项目资助。
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