在农业生产和自然生态系统中，磷（Phosphorus，P）是限制植物生长的一种关键矿质营养元素。在土壤中，磷营养几乎全部以可溶性的无机磷（Phosphate，Pi）形式被植物吸收。无机磷是核酸、磷脂和ATP等重要生物分子的构建基石，对维持植物呼吸作用、光合作用、能量代谢和正常生长发育起着至关重要的作用。磷缺乏会显著降低各种农作物的产量，而大量施用磷肥不仅会导致环境污染，还加剧了磷资源的枯竭。因此，鉴定耐低磷（Pi）关键基因的优势单倍型及其自然变异，对磷高效分子育种具有重要意义。
研究者围绕低磷耐受系数展开研究，通过GWAS和RNA-seq联合分析，鉴定了调控玉米磷饥饿响应的候选基因ZmGRF10（图1）。ZmGRF10的表达受磷饥饿诱导，zmgrf10-1突变体表现出更高的地上部分无机磷积累量。转录组分析显示，在zmgrf10-1突变体中，编码多种磷酸水解酶的基因，如磷脂酶（PLC、PLD）、紫色磷酸酶（PAP）、植酸酶（Phytase）等基因表达显著上调，紫色磷酸酶和植酸酶活性与RNA水平变化一致，表明ZmGRF10负调控这些基因的表达，从而通过抑制磷的重新动员影响低磷耐受性（图2）。单倍型分析结果显示，共有3个SNP位于ZmGRF10启动子区，根据这些SNP可以把ZmGRF10分为2个单倍型，其中单倍型1表现出较高的ZmGRF10转录水平和更低的磷酸水解酶基因表达水平。ZmGRF10缺少C末端转录激活结构域，因此研究者推测，ZmGRF10可能通过竞争互作蛋白干扰其他GRF的转录活性，从而抑制磷酸水解酶基因的表达并调控玉米细胞内磷元素的平衡（图3）。
图3 ZmGRF10基因的单倍型分析及调控玉米低磷耐受的工作模型
作者和基金项目
南京农业大学生命科学学院博士研究生王延凯和硕士研究生彭小慧为该文共同第一作者，南京农业大学前沿交叉研究院李盛本教授为通信作者。该研究得到国家重点研发计划项目(2022YFD1201700)和国家自然科学基金项目（32272130）的资助。
