本网讯（通讯员 郑宏远）我校国麦中心康国章研究员团队联合校内外团队，解析了小麦磷高效和砷修复的分子机制，发现高亲和磷转运蛋白TaPHT1;9-4B在小麦磷吸收转运和砷修复中发挥了重要功能，研究结果相继发表在国际top期刊《New Phytologist》和《Journal of Hazardous Materials》上。
1.发现高亲和磷转运蛋白TaPHT1;9-4B在小麦磷吸收中发挥了重要功能
目前，我国小麦磷肥当季利用效率仅有19%，高磷低效是小麦养分高效的关键科学问题。高亲和磷酸盐转运蛋白（PHT1）在低磷条件下负责磷吸收转运，与磷高效密切相关，然而有关小麦PHT1的报道甚少。该团队采用iTRAQ蛋白组学和靶向蛋白定量（PRM）技术，发现缺磷胁迫小麦根系PHT1转运蛋白家族成员中，TaPHT1;9-4B的表达丰度最高，推测它在小麦磷吸收转运中发挥了关键作用；进而采用亚细胞定位、酵母突变体表达、BSMV-VIGS瞬时沉默、CRISPR/Cas9基因编辑、水稻异源表达等技术，验证出上述有关该蛋白在小麦磷吸收转运中发挥关键作用的推测（图1），可作为提高小麦磷肥利用效率的靶基因。
随后，该团队通过酵母单杂交筛选出调控TaPHT1;9-4B基因表达的上游转录因子—TaMYB4-7D。该转录因子能够通过TaPHT1;9-4B启动子上MBS元件与之相结合，正向调控其的转录表达。另外，通过qPCR、Y1H、LUC等实验，还发现TaMYB4-7D还能与其它3个TaPHT1基因（TaPHT1;3-5B、TaPHT1;6-5B和TaPT2）启动子相结合，调控它们的表达，介导了小麦磷吸收转运，具有“一因多控”的效果。同时，通过对62份六倍体小麦品种中的TaPHT1;9-4B基因重测序发现，在TaPHT1;9-4B启动子区域中存在9个SNP，它们紧密连锁形成4个单倍型（Hap1、Hap2、Hap3和Hap4），其中Hap3启动子具有最强的转录活性；Hap3单倍型小麦品种在低磷条件下具有更高的TaPHT1;9-4B转录水平与磷积累量，表明Hap3为磷吸收优异单倍型；开发出一个磷高效功能标记CAPS-799（专利授权号：ZL 202110539032.9），它能区分Hap3与其它单倍型，可作为磷高效小麦品种选育中的筛选标记（图2）。
图1TaPHT1;9-4B磷吸收转运功能的验证
图2TaPHT1;9-4B的调控机理及其磷高效功能标记的开发
该成果以“TaPHT1;9-4B and its transcriptional regulator TaMYB4-7D contribute tophosphate uptake and plant growth in bread wheat”为题发表在New Phytologist（2021，231:1968-1983）期刊上。我校作物学博士研究生王鹏飞（已毕业）为本论文第一作者，国麦中心王道文研究员和康国章研究员为论文共同通讯作者。郭天财教授、王晨阳、谢迎新研究员、李鸽子副研究员、李广伟博士后做出了重要贡献，博士研究生苑沙沙参与了此项工作。该研究得到了国家重点研发计划项目（2016YFD0300105）和国家科技支撑计划（2015BAD26B01）的资助。
2.发现TaPHT1;9-4B还具有砷吸收转运功能
近几十年来工业化的快速发展，造成了世界范围内农田土壤出现了砷污染现象。砷酸盐（AsV）是砷元素在自然环境中最主要的存在形式之一，由于砷酸盐（AsV）与磷酸盐（Pi）具有相似的电化学特征，因此，在一些植物中发现部分磷转运蛋白（PHT1s）介导了AsV的吸收转运，但目前尚未发现小麦PHT1s介导砷吸收转运的报道。
该团队首先通过酵母突变体表达试验，测定了3个高亲和磷转运蛋白（TaPHT1;3、TaPHT1;6和TaPHT1;9）的砷吸收功能，从正向角度发现其中TaPHT1;9和TaPHT1;6具有砷吸收功能，以前者的砷吸收能力最强；该团队还采用BSMV-VIGS瞬时沉默技术，从负向角度也发现上述3个TaPHT1s蛋白中，TaPHT1;9的砷吸收能力最强；创制了CRISPR/Cas9介导的TaPHT1;9基因编辑小麦植株及其异源表达水稻转基因植株等试验材料，进一步从负向和正向验证了TaPHT1;9在砷吸收转运发挥了重要功能（图3）。
图3利用酵母突变体和瞬时沉默验证TaPHT1;3、TaPHT1;6和TaPHT1;9的砷吸收功能
该团队还发现，在土培环境下，施加充足的磷肥能有效缓解TaPHT1;9基因异源表达水稻转基因植株的砷毒害，降低植株内砷积累，表明TaPHT1;9对磷和砷存在着竞争性吸收，且吸磷能力高于吸砷；施磷能通过调控TaPHT1;9对磷和砷之间的竞争性吸收，从而有效缓解砷毒害（图4）。
图4利用基因编辑和异源表达验证TaPHT1;9的砷吸收功能及磷砷竞争性吸收
该研究成果以“Wheat PHT1;9acts asonecandidatearsenateabsorptiontransporter forphytoremediation”为题发表于Journal ofHazardous Materials（2023,452:131219）期刊上。我校国麦中心王鹏飞副教授（校聘）为该论文第一作者，康国章研究员为通讯作者。我校林学院彭万喜教授、农学院郑旭教授、国麦中心李鸽子教授及中国科学院东北地理与农业生态研究所李向楠研究员做出了重要贡献，研究生陈泽东、孟琰珺、师焕婷、娄闯等参与了此项工作。该研究得到了河南省神农种业实验室项目（SN01-2022-01）和河南省科技攻关（222102110039和232102111104）等项目的资助。
编辑/黄璞 杨钰晨 签审/田志强 审核/周红飞
