磷介导小麦分蘖的转录组学解析：生长素-细胞分裂素互作调控苯丙烷与甘油磷脂代谢

推荐：本研究通过长期定位试验，系统探究了土壤有效磷(P)含量(4.01-25.63 mg P2O5·kg-1)对冬小麦分蘖发育的影响机制。研究发现提高土壤有效磷可显著增强植株磷吸收，通过激活生长素(AUX)、细胞分裂素(CTK)信号通路，协调苯丙烷生物合成和甘油磷脂代谢途径，从而促进分蘖形成并提高产量。该研究为小麦高产栽培的磷肥精准管理提供了分子层面的理论依据。

　　

磷素作为植物生长发育的关键营养元素，其有效性直接影响禾本科作物的分蘖能力与产量形成。然而在农业生产中，土壤磷素管理长期面临两大挑战：一方面，磷肥过量施用导致资源浪费和环境污染；另一方面，磷缺乏又制约着作物分蘖潜力的发挥。尽管前人研究已证实磷营养与小麦分蘖存在显著相关性，但关于土壤有效磷水平如何通过分子网络调控分蘖发育的机制仍不明晰。

河南科技大学农业资源与环境研究所的研究人员通过12年长期定位试验，系统解析了不同土壤有效磷水平(Olsen-P 4.01-25.63 mg·kg^-1)对冬小麦分蘖形成的调控机制。研究发现当土壤有效磷达到25.63 mg·kg^-1时，小麦单产较缺磷处理提高171%，有效穗数增加153%。该成果发表于植物学权威期刊《Environmental and Experimental Botany》，首次揭示了磷介导的激素-代谢网络协同调控小麦分蘖的分子图谱。

研究采用多组学联用策略：通过田间试验测定农艺性状与磷吸收参数；利用Illumina NovaSeq 6000平台进行分蘖节转录组测序；结合DESeq2分析筛选差异表达基因(DEGs)；通过RT-qPCR验证关键基因表达模式；采用结构方程模型(SEM)解析性状间因果关系。

【3.1 产量构成】数据显示，随着土壤有效磷从4.01 mg·kg^-1(T1)提升至25.63 mg·kg^-1(T6)，单位面积穗数从316.7×10⁴/hm²增至711.8×10⁴/hm²，籽粒产量从3.4 t/hm²提升至9.2 t/hm²。

【3.2 生物量分配】高磷处理(T6)使茎叶生物量较T1增加105-334%，且光合产物向籽粒的分配比例提高6.6个百分点，表明磷素优化了同化产物的转运效率。

【3.5 性状关联】结构方程模型揭示，土壤有效磷通过三条路径影响产量：直接促进分蘖发生(路径系数0.82)→增加有效穗数；通过提升生物量(0.76)→间接增加穗粒数；但会轻微降低千粒重(-0.21)。

【3.6 转录组解析】在2158个DEGs中，植物激素信号转导、苯丙烷生物合成和甘油磷脂代谢通路显著富集。特别发现：

• 细胞分裂素信号组分A-ARR/B-ARR表达上调3-5倍，激活分蘖芽细胞分裂

• 苯丙烷通路关键酶PAL、4CL、CCR表达量提升2-8倍，促进木质素沉积

• 甘油磷脂代谢中NMT/CHK基因上调，PHOSPHO1下调，维持膜磷脂稳态

讨论部分指出，该研究建立了"磷营养-激素互作-代谢重编程"的分子调控框架：充足磷素通过双重机制促进分蘖——一方面激活CTK/AUX信号级联驱动分生组织活性；另一方面协调苯丙烷和甘油磷脂代谢，为新生分蘖提供结构支撑和膜完整性保障。研究建议在石灰性土壤中将Olsen-P维持在20-25 mg·kg^-1，这为小麦高产栽培的精准施肥提供了理论依据和技术参数。

该成果的创新性在于：首次阐明磷素通过调控激素-代谢网络影响分蘖发育的分子机制；发现A-ARR在磷介导的分蘖激活中起关键作用；提出苯丙烷代谢产物可能作为磷信号的下游效应物。这些发现不仅丰富了植物营养-发育交叉理论，也为作物株型改良提供了新靶点。