研究揭示低磷激活独脚金内酯途径调控水稻株型和养分吸收分子机制

        中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队系统解析了低磷激活独脚金内酯途径进而调控水稻株型和氮磷吸收的机制，为改良水稻在低磷环境中的株型、提高养分利用效率和产量提供了重要基因资源。这一成果有助于培育高产高效作物，实现农业的可持续发展。研究发现，低磷环境中水稻磷信号核心调控因子OsPHR2直接激活NSP1、NSP2以及独脚金内酯合成基因的表达，同时，NSP1和NSP2进一步形成异源二聚体，结合并激活独脚金内酯合成基因的表达，导致水稻根系中独脚金内酯含量显著增加，增幅达数百倍。独脚金内酯进一步激活其信号转导途径，通过促进分蘖负调控因子OsTB1的表达抑制分蘖芽伸长进而降低分蘖数目。为解析独脚金内酯调控根系发育以及养分吸收利用的机制，该研究利用能够特异激活独脚金内酯信号途径的人工合成类似物GR244DO和GR245DS，鉴定了水稻根系中独脚金内酯的早期响应基因，结合低磷下转录组数据与遗传分析，发现了CRL1是新的独脚金内酯早期响应基因，以及低磷通过激活NSP1/2-独脚金内酯信号通路抑制CRL1的表达进而降低水稻侧根密度。独脚金内酯通过调控OsNRT2.1、OsNRT1.1B和OsNAR2.1等早期响应基因的表达抑制氮素吸收转运，通过激活磷转运蛋白编码基因OsPTs的表达促进磷素吸收，这是调控氮磷营养平衡的新机制。