OsLPI1调控低磷胁迫下水稻地上部生长的分子生理机制研究

Serving as a macro nutrient element, the uptake and utilization of phosphate play an important role for plant development and production.The low availability of phosphate can lead to a distinct reduction of crop production. However, how the plants modulate the shoot growth in response to the low phosphate signal is still missing. Previously, we have isolated a rice mutant Oslpi1, the low phosphate stress induced shoot growth inhibition of which is dramtically abolished. The molecular evidence showed that OsLPI1 encoded a nuclear localized WD40 protein. In the current project, we will use the microarray analysis and yeast two hybridization to analyze the regulation and interaction system of OsLPI1. By utilzing the nutrient treatments and physiological measurements, we would like to dissert the mechanism how rice modulates the shoot growth in response to the low phosphate stress.

磷素的吸收利用对于植物发育以及作物产量至关重要，外部磷素养分供应不足将严重影响作物地上部生物量导致减产。但植物如何感受外部磷素养分状况从而调控地上部生长的机制仍不清楚。本课题组在前期的研究中分离获得了一个对低磷胁迫抑制地上部生长不敏感的水稻突变体Oslpi1,基因克隆研究发现该突变基因编码一个定位于核内的WD40蛋白。本研究将围绕OsLPI1参与的营养代谢调控体系，利用芯片分析系统、蛋白互作分析、以及养分生理实验，探讨水稻在低磷胁迫下调控地上部生长的营养分子生理机制。

低磷胁迫抑制植株地上部生长从而降低作物产量，但其作用的分子生理机制至今仍不清楚。为了研究这个问题，我们检测了低磷胁迫抑制水稻叶片生长的原因。结果表明，低磷胁迫主要通过抑制水稻地上部细胞分裂能力来抑制植株生长。我们进一步筛选了对低磷胁迫抑制水稻生长不敏感的水稻突变体Oslpi1，遗传克隆分析发现该OsLPI1基因编码一个WD40的核蛋白。该突变体在磷饥饿胁迫条件下，磷饥饿诱导表达基因的诱导能力减弱。结合其表达谱分析发现，一类OsCYCP家族基因的表达发生了改变。其中，OsCYCP1;1是一类在水稻根系低磷胁迫抑制表达的基因，该基因能够负调控低磷胁迫信号。此外，OsCYCP4家族基因（不包括OsCYCP4;3）受到长期缺磷胁迫诱导，而增强表达这些低磷胁迫诱导的OsCYCP4能够抑制水稻生长。进一步研究发现，这些OsCYCP4蛋白通过与细胞周期蛋白竞争结合细胞周期蛋白依赖的激酶，从而影响细胞分裂速率。与这相一致，OsCYCP4的失活突变体（cycp4;1, cycp4;2 和cycp4;4）与野生型相比，表现出对低磷胁迫抑制生长敏感度下降的表型。因此，我们的结果表明，低磷胁迫主要通过诱导OsCYCP4家族基因的表达，干扰细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖的激酶互作，从而影响细胞分裂抑制水稻地上部生长，且这些低磷胁迫诱导OsCYCP4家族基因可以作为提高水稻耐低磷能力的潜在靶基因位点。