重点实验室最新研究登国际杂志

　　

生物通报道：来自中科院遗传与发育生物学研究所，基因组学国家重点实验室的研究人员通过图位克隆方法，从重要农作物水稻中分离出磷饥饿应答反应的关键调控基因，为揭示水稻乃至其他作物中磷饥饿应答反应的分子机制奠定了基础，也为创制磷高效吸收利用的转基因作物提供了新思路。这一研究成果公布在国际杂志Plant Physiology上。

领导这一研究的是基因组学国家重点实验室储成才研究员，其1999年入选中国科学院“****”，2008年获得国家杰出青年基金。目前主要的研究方向是植物基因表达的精细调控、农作物产量和抗逆境胁迫相关基因的克隆及农作物的分子设计等研究。

磷元素作为植物所必需的三大营养元素（氮、磷、钾）之一，在各种生命过程中发挥着重要作用。在农业生产中一般通过施加磷肥来增加土壤中的磷含量，然而磷肥的过度施用不仅导致农业生产成本的升高，而且造成严重的土壤及水体污染。此外，作为磷肥主要来源的磷矿为不可再生资源，其在几十年内行将枯竭。因此，通过分子生物学手段改造植物使其具有高效的磷吸收转运和利用能力将是解决这一系列问题的最佳手段。

在这篇文章中，研究人员通过图位克隆方法，从重要农作物水稻中分离出磷饥饿应答反应的关键调控基因 LEAF TIP NECROSIS 1(LTN1)。该基因的突变导致水稻叶片中大量积累无机磷，进而导致磷毒害的表型。研究表明，LTN1能够影响磷转运子的表达进而调控了磷的吸收与转运。同时，LTN1还参与调控磷饥饿环境下的根形态改变、酸性磷酸酶和核糖核酸酶活性调控、脂类成份转变、氮及金属元素吸收调控等多种磷饥饿应答反应。该研究进一步证明，LTN1是microRNA399下游的靶基因，microRNA399通过介导其转录本的降解在转录后水平对其进行负调控。

该项研究鉴定出的调控水稻中磷饥饿应答反应关键基因LTN1，不仅为进一步揭示水稻乃至其他作物中磷饥饿应答反应的分子机制奠定了基础，也为人们创制磷高效吸收利用的转基因作物提供了新思路。

原文摘要：

LEAF TIP NECROSIS 1 Plays a Pivotal Role in Regulation of Multiple Phosphate Starvation Responses in Rice

Although phosphate (Pi) starvation signaling is well studied in Arabidopsis, it is still largely unknown in rice. In this work, a rice leaf tip necrosis1 (ltn1) mutant was identified and characterized. Map-based cloning identified LTN1 as LOC_Os05g48390, the putative ortholog of Arabidopsis PHO2, which plays important roles in Pi starvation signaling. Analysis of transgenic plants harboring a LTN1 promoter:: GUS construct revealed that LTN1 was preferentially expressed in vascular tissues. The ltn1 mutant exhibited increased Pi uptake and translocation, which lead to Pi over-accumulation in shoots. In association with enhanced Pi uptake and transport, some Pi transporters were up-regulated in the ltn1 mutant in the presence of sufficient Pi. Furthermore, the elongation of primary and adventitious roots was enhanced in the ltn1 mutant under Pi starvation, suggesting that LTN1 is involved in Pi-dependent root architecture alteration. Under Pi sufficient conditions, typical Pi starvation responses such as stimulation of phosphatase and ribonuclease activities, lipid composition alteration, nitrogen assimilation repression, and increased metal uptake were also activated in ltn1. Moreover, analysis of OsmiR399 over-expressing plants showed that LTN1 was down-regulated by OsmiR399. Our results strongly indicate that LTN1 is a crucial Pi starvation signaling component downstream of miR399 involved in the regulation of multiple Pi starvation responses in rice.

作者简介：

储成才 博士，研究员，博士生导师。

研究方向：基因表达调控和水稻功能基因组学

1966年生，安徽岳西人。1999年入选中国科学院“****”，引进国外杰出人才，2004年入选首批新世纪百千万人才工程国家级人选，2006年经国务院批准享受政府特殊津贴专家，2008年国家杰出青年基金获得者。现为植物基因组学国家重点实验室研究组组长，国家植物基因研究中心（北京）理事会秘书、主任助理及项目科学家，中国科学院遗传发育所浙江嘉兴农作物高新技术育种中心副主任。同时任中国科学院研究生院教授，中国农业科学院水稻研究所研究员，南京大学、北京师范大学等兼职教授，国际组织培养与生物技术学会会员，美国植物生理学会会员，中国遗传学会第七届理事会理事，中国遗传学会国际交流委员会委员，中国植物生理学会植物组织培养与生物技术专业委员会委员。

储成才博士领导的研究组主要从事植物基因表达的精细调控、农作物产量和抗逆境胁迫相关基因的克隆及农作物的分子设计等研究。主要研究内容：

1．植物功能基因组学
拟南芥菜基因组全序列测序完成和水稻基因组工作草图的绘制为人们提供了大量的序列信息。如何充分利用测得的基因序列是功能基因组研究必须回答的问题。突变体创制是研究基因功能最主要的途径和基础，同时突变体本身也极具商业价值。创新研究组的主要课题之一是建立大规模水稻突变体库。目前已建立有超过25,000个独立转基因水稻的T-DNA插入突变体库，并以此为基础开展与植物产量相关的功能基因的克隆与鉴定研究。

2．水稻新品种的分子设计
随着功能基因组学研究的深入，特别是大量功能基因的克隆，如何利用现有基因并有目的的克隆新基因从而对农作物进行品种分子设计改良是研究组的重点研究内容。其中课题组主要集中在影响植物光合同化产物合成、分配和转运以及源-库互作对水稻品质及产量的影响和植物耐受生物和非生物胁迫能力等相关基因的克隆和利用。