磷（P）是植物生长发育必须的大量营养元素之一。植物优先以磷酸盐（Pi）的形式吸收磷，但磷溶解度低，移动性差，且易固定在土壤中。因此，土壤缺磷成为限制农作物产量的一个重要因素。为应对低磷土壤环境，植物进化出了一系列的适应性机制，以提高磷的获取和利用效率。全面解析作物感知、吸收、转运、利用磷素的分子调控机制，将为培育养分高效作物新品种提供重要的理论依据。

近日，浙江大学毛传澡课题组联合王智烨课题组在国际知名期刊Plant，Cell &Environment上发表了题为 “Molecular mechanisms and genetic improvement of low-phosphorus tolerance in rice”的综述文章，详细总结了水稻响应环境磷饥饿胁迫的分子机制、根系感知环境磷水平改变根构型以提高磷吸收、转运及再分配的分子机制，讨论了水稻磷高效利用性状遗传改良的实践策略并提出了今后的研究方向。

由于土壤中磷的移动性差，植物通过重要的磷饥饿响应——根构型的重塑来提高磷获取能力，植物激素如生长素、独脚金内酯和细胞分裂素等参与了磷营养胁迫根系重塑的过程。植物系统性磷饥饿信号受转录因子PHR的调控。SPX蛋白作为细胞内肌醇焦磷酸信号分子（PP-InsPs）的受体与PHR结合，并调控其转录活性，从而影响磷饥饿响应相关基因的表达。SPX-PHR模块不仅在调控自身对低磷胁迫的转录响应中起关键作用，而且在植物与外界有益微生物建立互利共生关系中也发挥着重要功能。蛋白的翻译后修饰在水稻维持系统磷稳态过程中也起到了重要作用，包括以E2结合酶PHO2为核心的响应系统磷信号的蛋白降解途径、PHTs的磷酸化及去磷酸化过程等。miR399 和SL 可作为长距离信号诱导水稻的磷饥饿响应。PHO1，PHTs为主要运输蛋白参与根部到地上部的长距离磷转运及籽粒灌浆期的磷再分配过程。深入了解土壤磷饥饿响应机制，基于基因型与环境互作原理，发掘磷高效利用主效QTL位点并发掘优异等位基因或单倍型，将有效推动水稻磷高效育种。磷和其他营养元素的协同高效分子机制有待进一步研究，为通过遗传育种提高作物对营养元素的高效获取和利用提供理论支撑。

图：提高土壤磷有效性的植物策略

浙江大学毛传澡教授课题组博士研究生陆宏为第一作者，毛传澡教授和王智烨研究员为共同通讯作者。相关工作得到了“国家重点研发计划”等项目的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14457