WKRYa调控水稻磷信号和磷吸收的分子机制

Phosphorus (P) is an essential and often limiting macronutrient for plant growth and development. As plants take up P exclusively in the form of inorganic phosphate (Pi), high immobilization rates of Pi in soil, slow diffusion and substantial fractions of organically bound P result in limited Pi for plants in soil. Using gene chip and qRT analysis, we found that the expression of OsWRKYa in root was inhibited by phosphorus deficiency. Mutation in OsWRKYa led to significant increase of leaf Pi concentration. The expression of PT2 and PT10 were strongly induced in wrkya mutants. And the P1BS elements were found at -271bp and -2129bp of OsWRKYa promoter. All these results show that OsWRKYa is involved in regulating the phosphate signaling and uptake. Base on these results, we will further study the molecular function of OsWRKYa in the regulation of phosphorus starvation inducible genes, aiming to illustrate the molecular mechanism of regulation of phosphate signaling and uptake by OsWRKYa.

磷是植物生长所必需的大量元素之一，由于土壤中可供利用的无机磷含量不高，大量使用磷肥又会造成很大的环境污染，因此研究植物磷吸收代谢途径，培育磷高效作物显得日趋重要。通过芯片分析和定量PCR分析发现，水稻OsWRKYa表达在根中受缺磷抑制，wrkya的3个等位突变体在正常条件下有效磷浓度都显著提高，Oswrkya突变体根中PT2和PT10被强烈诱导；OsWRKYa启动子-271bp和-2129bp处存在P1BS序列。这些结果表明WRKYa在水稻磷吸收及磷信号调控中起着很重要的作用。本项目拟在前期工作基础上，通过酵母单杂、EMSA、RNA-seq和ChIP-qRT等实验方法，结合遗传材料分析，明确WRKYa的下游靶基因，确定WRKYa对PT2的调控关系，阐明WRKYa在不同磷浓度下的调控作用机制。本项目研究结果将进一步完善植物磷信号转导调控网络，为开发培育养分高效利用的植物新品种提供的理论基础。

磷（P）是植物正常生长发育所必需的大量营养元素之一，在细胞代谢中起着广泛的作用。土壤中能够被植物直接吸收利用的无机磷(Pi)容易与钙、铝、铁等形成难溶的复合物。因此，低磷成为制约作物生产的重要因素之一。研究水稻磷平衡的调控机理，对于提高水稻产量、确保粮食安全具有重要意义。.本研究对水稻OsWRKY12基因参与低磷响应的分子机制做了初步探究。OsWRKY12基因在叶片与根部均受缺磷诱导，其编码蛋白在细胞质膜与细胞核中均有定位。本研究鉴定了T-DNA插入的水稻Oswrky12突变体。在正常磷浓度（200 μM Pi）条件下培养，Oswrky12突变体叶片中的无机磷含量相比野生型DJ水稻显著降低。在低磷浓度（20 μM Pi）条件下，则两者无明显差异。说明OsWRKY12基因可能主要在正常磷浓度条件下发挥功能。同时，超表达OsWRKY12基因的转基因水稻植株显著提高磷的吸收。以上结果说明OsWRKY12参与水稻磷吸收。.通过分析Oswrky12突变体中磷信号通路相关基因的表达，发现在Oswrky12突变体叶片中，IPS1基因无论是在正常磷和低磷条件下，都会受到抑制；在根部，突变体中磷酸盐转运体PT1、PT3及SQD2等被抑制，可能影响植株对营养液中磷的摄取，使植株的无机磷含量降低。但OsWRKY12是否通过调控IPS1、PT1、PT2、PT3等来调节水稻对于磷的吸收还有待进一步验证。