中国农科院易可可团队受邀综述植物磷信号调控的新进展及展望

2022年12月30日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所易可可团队受邀在Trends in Plant Science发表了题为“Cracking the code of plant central phosphate signaling”的综述文章，系统总结了植物中磷信号调控的核心模块解析及其作用模式研究的最新进展，并对领域的研究进行了展望。

磷（phosphorus, P）是地球上所有生物维持生命所必需的元素。磷不仅是植物体中多种重要化合物的成分，同时也参与植物多种生物学途径，如脂肪和糖类的合成和代谢等。植物只能吸收游离可溶性的无机磷酸盐（inorganic phosphate, Pi），而由于磷酸盐易被土壤所固定的特性，往往需要大量施用磷肥来满足作物需求，这造成了田间磷肥利用效率低且带来环境污染风险。为了有效获取磷素以及维持其在细胞内的稳态，植物已经进化出了复杂的磷信号调控机制，以应对土壤中不均衡的磷分布。因此，探究磷素信号的调控机制对于提高作物磷素利用效率，实现作物减肥稳产至关重要。

植物中磷养分核心调控信号由一类MYB转录因子PHRs（PHOSPHATE STARVATION RESPONSE）来介导的，而PHRs的转录调控活性受到SPXs（SYG1/Pho81/XPR1）蛋白的调控。近年来研究发现，InsPs（Inositol polyphosphates）类分子作为细胞内磷素水平的“signaling translator”，其含量受到一类双功能酶VIHs（Vip1 homologs）的控制，而InsPs分子通过改变PHRs和SPXs的互作来调节植物缺磷反应。随着近年来SPX-InsP-PHR复合体的晶体结构解析，SPX-InsP-PHR模块的工作模式逐渐被建立：当磷素供应充足时，细胞内ATP含量上升，VIHs发挥激酶活性，从而合成InsP8，而InsP8与SPXs、PHRs形成2:2:2的复合体，抑制PHRs激活缺磷信号；当缺磷时，VIHs发挥磷酸酶活性，细胞内InsP8含量下降，SPX-InsP-PHR复合体解聚，PHRs转录因子形成二聚体激活下游缺磷响应基因的表达，启动缺磷响应。

该文还对今后领域内研究方向提出了系列深刻的问题和展望：

1. 植物体内存在不同的PHRs基因的同源基因以及其它的MYB类转录因子（例如NIGTs、RLI1s、PAP1s等），它们也参与调控磷素信号，他们在植物体内是否也会形成类似SPX-InsP-PHR复合体的结构，行使相似的作用模式吗？

2. 除了SPXs蛋白，植物体内含有多种包含SPX结构的蛋白，它们大多和磷素转运或者转运体降解相关，例如SPX-EXS、SPX-MFS、SPX-SLC、SPX-VTC和SPX-RING。那么他们是否也存在InsPs的结合活性和竞争性结合，以及是否会和SPXs蛋白形成异源二聚体？

3. InsPs分子存在多种异构体，他们在植物体内是否也会参与磷素信号调控，以及竞争性与SPXs结合呢？

4. 藻类和陆地植物的PHRs结构存在明显差异，那么SPX-InsP-PHR复合体的工作模型在低等植物中是否同样存在？而VIHs的功能在低等植物中是否同样保守？

5. PHRs直接抑制防御相关基因的表达，从而有利于根系微生物群的组装，那么SPX-InsP-PHR复合体调控Pi饥饿抑制基因的机制是什么，特别是在微生物存在的情况下?

植物磷信号调控核心模块的发现及其作用模式

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所贾贤卿博士后为论文第一作者，易可可研究员为论文通讯作者，王龙博士后和艾克斯-马赛大学的Laurent Nussaume教授为文章共同作者。相关工作得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年项目、中国农科院创新工程和中国博士后科学基金等项目资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138522003296

易可可实验室网站：

https://yilab.life

图文来源：BioArt植物公众号 公众号

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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