OsARF16调控水稻耐低磷胁迫分子机制研究

Auxin as a key regulator of plant growth and development, have been well studied in recent years. Phosphorus is one of the most essential inorganic nutrients required by plants, and Pi deficiency limits plant growth and development, significantly decreases production yield of crops. Focus on the influence on phosphate starvation response by auxin, is a breakthrough to understand the interaction of auxin and Pi signaling or metabolism. In preliminary work, an auxin response mutant osarf16 has been screened by our study group. The mutant is insensitivity to extraneous auxin, and losing a series of fast responses to phosphate starvation. Recently, we have found out two downstream targets of OsARF16: OsARFT1 and OsARFT2. This project aims to confirm the function of these two downstream target genes in Pi signaling transduction, and gain the direct molecular evidence of the crosstalk between auxin and Pi signaling. It will help to reveal that how OsARF16 take part in Pi signal transduction and phosphate nutrient uptake via regulation of OsARFT1/2? The innovation of this project is: it’s the first time linked auxin to Pi signaling in crops, and the process of our study may provide molecular or genetic evidences of the crosstalk between auxin and Pi signaling. Increased tolerance of rice to phosphate deficiency by regulating auxin signaling, provide scientific basis for breeding new varieties of low Pi tolerant rice.

生长素作为调控植物生长发育的关键因子，得到了深入研究。研究生长素参与植物对缺磷的响应，是理解生长素与磷信号交互关系及理解磷吸收代谢的突破口。本研究小组前期筛选得到一个水稻生长素信号突变体osarf16。该突变体既对外源激素具有一定抗性，同时也失去了一系列对磷缺乏的快速响应。近期成功筛选到两个OsARF16的下游调控靶基因：OsARFT1和OsARFT2。本项目计划以osarf16为基础，研究OsARF16如何通过调控OsARFT1/2来参与磷信号的转导和磷营养的运输？本项目的目标在于明确下游靶基因OsARFT1/2在磷信号传递中的功能，在分子水平获得生长素与磷信号交叉的直接证据。本项目的创新之处为：首次在禾本科作物中将生长素与磷信号联系起来，通过调控生长素信号来增加水稻对低磷的耐受性，为未来培育耐低磷水稻新品种提供理论基础。

本研究以水稻为模式植物，研究在水稻中生长素如何参与调控磷信号途径，对水稻的农业生产有着重要的实践意义。生长素作为植物重要信号分子，参与水稻生长发育方方面面，而磷营养缺乏也是水稻生长的一大限制因素。研究以 ARF为代表的生长素信号参与磷系吸收调控的内在机制，对改善作物磷营养吸收，提高作物产量，具有重大意义。进一步研究生长素信号与磷信号的关系，有助于人们认识上述两大信号联系，为人们提高水稻磷吸收能力提供理论依据，并对培育磷高效吸收新品种，提供遗传学基础。希望通过我们的研究，提高水稻对外界低磷条件的适应性，增加对外源磷营养的吸收。.本实验小组前期研究了OsARF16基因的功能，发现该基因的缺失使得突变体同时具有了生长素抗性及缺磷不敏感性。进一步分析osarf16突变体，发现其参与生长素与磷信号的传递，确认OsARF16参与了对磷信号的调控。前期研究发现，osarf16 具有生长素抗性表型，对外源生长素不敏感；同时对缺磷也表现出一定程度的不敏感，osarf16的侧根和根毛都不受缺磷诱导。但osarf16的侧根和根毛在CK条件下生长发育均正常，这表明OsARF16是一个卷入磷信号响应的特异转录因子。.在本年度的研究过程中，我们利用已鉴定得到的突变体osarf16展开了一系列的深入研究，并取得了一定的成果。我们的研究发现，OsARF16参与水稻缺铁响应。在缺铁的状态下，突变体osarf16对缺铁表现出一定的抗性，具有缺铁不敏感的表型。缺铁强烈的抑制野生型根系的发育，影响侧根数量和侧根长度。同时我们构建了OsARF16的GUS材料，观察了该基因在缺铁状态下的表达差异。实验结果表明，缺铁处理可以诱导OsARF16的表达水平，尤其在根尖，中柱，叶片维管束中被显著诱导超过5倍。并且，上述实验通过northern实验得到了证实。进一步，我们用激素运输抑制剂处理野生型和突变体，发现突变体osarf16对NOA有着不同于野生型的表型。这表明OsARF16参与缺铁响应与控制生长素运输有关。上述结果发表在Plant science上。