2021年5月11日,《自然遗传学》在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员何祖华研究组与上海科技大学、加州大学伯克利分校合作完成的研究论文。该研究在作物籽粒灌浆、磷素利用和抗病性调控领域取得进展。论文揭示出磷转运蛋白调控籽粒灌浆和磷的再分配过程的重要机制。
该研究首次鉴定了一个PHO1型Pi外运蛋白OsPHO1;2,该转运体可同时提高作物籽粒灌浆及磷利用率,为培育低磷条件下高产作物提供了一个重要目标基因。籽粒灌浆过程是水稻、玉米等禾本科作物产量的重要限速步骤。该研究从自然变异的水稻种质资源中发掘到第二个调控籽粒灌浆的关键基因OsPHO1;2,该基因编码PHO1类型的磷转运蛋白。
该研究运用膜片钳系统首次证明OsPHO1;2具有磷转运活性,发现该蛋白同时具有内流活性和外排活性,且以外排活性为主。研究还发现,玉米同源基因ZmPHO1;2也能够调控玉米籽粒灌浆和磷的再分配过程,表明PHO1家族蛋白介导的籽粒灌浆调控过程在谷类作物中高度保守。
该研究首次将磷转运、籽粒灌浆和磷利用效率三者紧密结合,对生产中面临的籽粒充实度和品质改良有重要育种指导意义,并为提高磷肥利用效率提供了有效的育种靶标。