近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院馬新明與中國科學(xué)院遺傳所左建儒團(tuán)隊合作在Plant Biotechnology Journal期刊發(fā)表題為“TaPHL7 Transcription Factor RegulatesUtilisationof Nitrogen and Phosphorus in Wheat”的研究成果。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院馬新明教授、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所左建儒研究員為本論文的共同通訊作者，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士生王華麗、張志勇副教授為論文第一作者。

以TaGS1;3啟動子為誘餌，通過酵母單雜交（Y1H）對小麥籽粒cDNA文庫進(jìn)行篩選，鑒定MYB家族候選轉(zhuǎn)錄因子TaPHL7。通過Y1H、蛋白凝膠阻滯（EMSA）與染色質(zhì)免疫沉淀和定量PCR（ChIP-qPCR）證明它能夠識別P1BS基序與TaGS1;3-4D啟動子結(jié)合，通過雙熒光素酶報告基因檢測試驗進(jìn)一步證明TaPHL7負(fù)向調(diào)控TaGS1;3-4D啟動子的表達(dá)。表明TaPHL7通過識別P1BS基序結(jié)合TaGS1;3-4D啟動子抑制其轉(zhuǎn)錄活性（圖1）。

圖1：TaPHL7通過結(jié)合TaGS1;3-4D啟動子抑制其轉(zhuǎn)錄活性

利用遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)獲取TaPHL7過表達(dá)和CRISPR-Cas9介導(dǎo)的突變T3代純合株系后，將遺傳材料在北京、河南兩地種植，對其農(nóng)藝性狀調(diào)查顯示，在幼苗營養(yǎng)生長期taphl7突變體相比較野生型出現(xiàn)窄葉表型；在抽穗期，taphl7突變體相比較野生型株高增加，分蘗增多，抽穗日期延后4-5 d；但呈現(xiàn)早熟表型，單株產(chǎn)量增加；而TaPHL7過表達(dá)植株中與野生型無顯著差異。表明TaPHL7在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用（圖2）。

圖2：TaPHL7調(diào)控植物生長和發(fā)育

為了探究TaPHL7在磷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，水培條件下用濃度分別為0.20 mM KH2PO4（正常磷，NP）和0.01 mMKH2PO4（低磷，LP）檢測了小麥野生型ZM7698及taphl7突變體植株中的磷反應(yīng)。在正常磷或低磷條件下，TaPHL7功能缺失抑制側(cè)根發(fā)育，降低磷吸收與轉(zhuǎn)運能力。此外，qRT-PCR結(jié)果表明，TaPHL7功能缺失導(dǎo)致磷饑餓響應(yīng)基因PSR（TaPHT1;9、TaSPX3）的表達(dá)在低磷條件下顯著下調(diào)，表明TaPHL7功能缺失后導(dǎo)致磷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路受損。ChIP-qPCR及雙熒光素酶試驗進(jìn)一步證實，TaPHL7通過結(jié)合磷轉(zhuǎn)運蛋白基因TaPHTs（TaPHT1;9、TaPHT1;3）啟動子，正向調(diào)節(jié)TaPHTs的表達(dá)，促進(jìn)磷的獲取（圖3）。

圖3：TaPHL7正向調(diào)控Pi信號傳導(dǎo)和Pi吸收

TaPHL7功能缺失在開花期旗葉中表現(xiàn)為總氮含量增加，灌漿期籽粒中GS酶活性增加，氮同化及再動員能力增強；而過表達(dá)TaPHL7的植株則與此相反。穩(wěn)定同位素試驗表明：TaPHL7功能缺失促進(jìn)了幼苗期硝酸鹽的吸收、轉(zhuǎn)運能力。表明TaPHL7在營養(yǎng)生長及生殖生長階段均負(fù)向調(diào)控氮的吸收、轉(zhuǎn)運及再分配（圖4）。

圖4：TaPHL7負(fù)調(diào)控氮代謝

為了探討TaPHL7是否參與調(diào)控氮-磷信號通路以影響植物生長發(fā)育。TaPHL7通過不同的機制調(diào)控氮和磷的信號傳導(dǎo)：硝酸鹽可能通過解除TaPHL7對TaNRT2.1和TaNRT2.2的轉(zhuǎn)錄抑制來發(fā)揮作用，同時直接促進(jìn)TaPHT1;3和TaPHT1;9的表達(dá)。由于TaPHL7可能調(diào)控氮和磷的利用，進(jìn)行為期兩年的田間試驗中探討了其在籽粒產(chǎn)量方面的潛力。TaPHL7功能缺失提高了單株產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒重。這些結(jié)果表明，在自然栽培條件下，TaPHL7功能缺失突變可促進(jìn)早熟并提高籽粒產(chǎn)量（圖5）。

圖5：TaPHL7調(diào)控的氮磷利用調(diào)節(jié)籽粒產(chǎn)量