近日，中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所土壤植物互作創(chuàng)新團隊揭示了水稻響應外界磷素狀況調節(jié)葉片直立性的細胞學及分子生理學機制，為通過分子設計培育磷養(yǎng)分高效且耐密植的水稻種質提供了理論依據。相關研究成果在線發(fā)表在《植物細胞(Plant Cell)》上。

磷素作為大量必需元素，其高效吸收及利用對于植物生長發(fā)育至關重要。由于磷素在土壤中易被固定而難以吸收，導致磷肥的當季利用效率比較低(約20%或更低)。在田間生產過程中，主要是通過大量的施加磷肥來克服其容易固定的特點。這使得我國大量的耕地中總磷含量高，而植物能吸收利用的有效磷含量相對較低。因此，培育磷高效的作物是解決土壤可利用磷素相對匱乏的有效手段。此外，作物的耕作模式也極大的影響著作物的養(yǎng)分利用效率。適度的密植能夠提高作物養(yǎng)分利用效率和單位面積光合效率，最終提高作物產量。如：合理密植能增加單位面積根系與土壤的接觸面積，從而促使植株更充分的利用土壤中各個區(qū)域的磷養(yǎng)分。為此，解析外界不同磷素供應狀況如何調控水稻葉片的傾角對培育磷高效的水稻至關重要。

水稻長期磷素匱乏的典型癥狀是“一炷香”，即表現為葉片直立，分蘗減少。然而，低磷脅迫導致葉片直立的細胞學及分子生理學機制一直懸而未決。研究團隊利用細胞學和植物營養(yǎng)分子生理學的研究手段發(fā)現：低磷脅迫通過抑制葉枕(葉柄與葉鞘的連接區(qū)域)處細胞的伸長來限制葉枕的大小，進而使葉片變得更直立。在這個調控過程中，缺磷誘導的SPX1/2蛋白和缺磷抑制的RLI1蛋白協(xié)同調控該過程。當磷素匱乏時，SPX1/2能直接與RLI1結合，從而抑制RLI1的轉錄活性，使RLI1不能激活下游調控細胞伸長的基因BU1 和BC1的表達，從而導致葉片直立。當磷素充足時，SPX1/2的表達受到抑制，而RLI1的表達不受抑制，這使得RLI1能正常激活下游調控基因BU1和BC1的表達，進而促使葉枕處的細胞伸長，最終使葉片的直立性下降。

據悉，該調控機制的解析，將有助于科學家根據不同農業(yè)生產的需求，設計出不同株型且對外界磷素養(yǎng)分變化敏感或不敏感的水稻品種，達到促進田間磷素利用效率的目標。