我国科学家揭示绿色植物由水生到陆生过程中液泡磷素储存形式演变及进化机制

近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作创新团队和南京农业大学团队合作揭示了绿色植物由水生到陆生过程中液泡磷素储存形式演变及进化机制，为提高植物的磷素利用效率提供了理论依据。相关研究成果在线发表在《分子植物（Molecular Plant）》上。

据易可可研究员介绍，磷是地球上所有生物维持生命所必需的元素。植物通过磷酸盐转运体从外界吸收磷素，而液泡是其临时储存磷素的主要细胞器。高等陆生植物液泡中主要储存磷酸盐，而低等的水生藻类其液泡储存的磷素主要以多聚磷酸为主。目前，低等水生藻类中液泡磷素储存利用的机制仍不清楚，且绿色植物在水生到陆生进化过程中，其液泡磷素储存形式由多聚磷酸转变为磷酸盐的机制和具体时间节点仍不清楚。

研究人员发现，在水生的低等莱茵衣藻中存在两类SPX家族蛋白——SPX-VTC和SPX-SLC。其中CrPTC1（SPX-SLC）介导液泡中储存磷素的外排利用，而CrVTC4（SPX-VTC）为多聚磷酸合酶进行衣藻细胞液泡中多聚磷酸的合成。通过对低等水生藻类和高等陆生植物液泡磷素平衡相关基因的进化分析发现，在绿色植物由低等到高等的进化过程中，尤其是链型藻属进化过程中， SPX-VTC 和 SPX-SLC 发生了丢失，并导致其液泡中储存的磷素形态转变成磷酸盐。且这种液泡磷素储存形式由多聚磷酸到磷酸盐的变化也随着水生植物陆地化的过程一直保留至今。这也暗示，植物液泡磷素储存形式从多聚磷酸到磷酸盐的转变，是植物陆地化的一个重要转变，是水生植物登陆形成陆生植物过程中产生的重要预适应机制。

该工作得到国家重点研发计划、绿肥产业技术体系、中国农科院科技创新工程等项目资助。