近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所土壤植物互作創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作揭示了綠色植物由水生到陸生過(guò)程中液泡磷素儲(chǔ)存形式演變及進(jìn)化機(jī)制，為提高植物的磷素利用效率提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》上。
據(jù)易可可研究員介紹，磷是地球上所有生物維持生命所必需的元素。植物通過(guò)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體從外界吸收磷素，而液泡是其臨時(shí)儲(chǔ)存磷素的主要細(xì)胞器。高等陸生植物液泡中主要儲(chǔ)存磷酸鹽，而低等的水生藻類(lèi)其液泡儲(chǔ)存的磷素主要以多聚磷酸為主。目前，低等水生藻類(lèi)中液泡磷素儲(chǔ)存利用的機(jī)制仍不清楚，且綠色植物在水生到陸生進(jìn)化過(guò)程中，其液泡磷素儲(chǔ)存形式由多聚磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿猁}的機(jī)制和具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)仍不清楚。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在水生的低等萊茵衣藻中存在兩類(lèi)SPX家族蛋白——SPX-VTC和SPX-SLC。其中CrPTC1（SPX-SLC）介導(dǎo)液泡中儲(chǔ)存磷素的外排利用，而CrVTC4（SPX-VTC）為多聚磷酸合酶進(jìn)行衣藻細(xì)胞液泡中多聚磷酸的合成。通過(guò)對(duì)低等水生藻類(lèi)和高等陸生植物液泡磷素平衡相關(guān)基因的進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，在綠色植物由低等到高等的進(jìn)化過(guò)程中，尤其是鏈型藻屬進(jìn)化過(guò)程中， SPX-VTC 和 SPX-SLC 發(fā)生了丟失，并導(dǎo)致其液泡中儲(chǔ)存的磷素形態(tài)轉(zhuǎn)變成磷酸鹽。且這種液泡磷素儲(chǔ)存形式由多聚磷酸到磷酸鹽的變化也隨著水生植物陸地化的過(guò)程一直保留至今。這也暗示，植物液泡磷素儲(chǔ)存形式從多聚磷酸到磷酸鹽的轉(zhuǎn)變，是植物陸地化的一個(gè)重要轉(zhuǎn)變，是水生植物登陸形成陸生植物過(guò)程中產(chǎn)生的重要預(yù)適應(yīng)機(jī)制。
該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。
據(jù)易可可研究員介紹，磷是地球上所有生物維持生命所必需的元素。植物通過(guò)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體從外界吸收磷素，而液泡是其臨時(shí)儲(chǔ)存磷素的主要細(xì)胞器。高等陸生植物液泡中主要儲(chǔ)存磷酸鹽，而低等的水生藻類(lèi)其液泡儲(chǔ)存的磷素主要以多聚磷酸為主。目前，低等水生藻類(lèi)中液泡磷素儲(chǔ)存利用的機(jī)制仍不清楚，且綠色植物在水生到陸生進(jìn)化過(guò)程中，其液泡磷素儲(chǔ)存形式由多聚磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿猁}的機(jī)制和具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)仍不清楚。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在水生的低等萊茵衣藻中存在兩類(lèi)SPX家族蛋白——SPX-VTC和SPX-SLC。其中CrPTC1（SPX-SLC）介導(dǎo)液泡中儲(chǔ)存磷素的外排利用，而CrVTC4（SPX-VTC）為多聚磷酸合酶進(jìn)行衣藻細(xì)胞液泡中多聚磷酸的合成。通過(guò)對(duì)低等水生藻類(lèi)和高等陸生植物液泡磷素平衡相關(guān)基因的進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，在綠色植物由低等到高等的進(jìn)化過(guò)程中，尤其是鏈型藻屬進(jìn)化過(guò)程中， SPX-VTC 和 SPX-SLC 發(fā)生了丟失，并導(dǎo)致其液泡中儲(chǔ)存的磷素形態(tài)轉(zhuǎn)變成磷酸鹽。且這種液泡磷素儲(chǔ)存形式由多聚磷酸到磷酸鹽的變化也隨著水生植物陸地化的過(guò)程一直保留至今。這也暗示，植物液泡磷素儲(chǔ)存形式從多聚磷酸到磷酸鹽的轉(zhuǎn)變，是植物陸地化的一個(gè)重要轉(zhuǎn)變，是水生植物登陸形成陸生植物過(guò)程中產(chǎn)生的重要預(yù)適應(yīng)機(jī)制。
該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。
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