南湖新闻网讯（通讯员 吴涛）近日，我校资源与环境学院石磊教授课题组在Journal of Experimental Botany在线发表了题为“The BnamiR827-BnaA09.NLA1-BnaPHT1 module regulates phosphate homeostasis, pollen viability and seed yield in Brassica napus”的研究论文。该研究发现BnamiR827-BnaA09.NLA1-BnaPHT1模块调控油菜根系磷吸收和花药磷分配，进而影响了花粉活力和籽粒产量。

磷是作物生长发育和产量形成所必需的大量营养元素之一。土壤中的有效磷浓度通常极低，一般低于10 μM，作物因此经常遭受低磷胁迫，导致其生长发育受阻和产量降低。施用化学磷肥大幅提高了作物产量，但也造成了资源浪费和环境污染等问题。同时，花药和雌蕊中的磷浓度只有维持在非常窄的范围内植物才能进行正常生殖生长，这对产量至关重要。甘蓝型油菜是我国以及国际上重要的油料作物，需磷较高且对缺磷敏感。甘蓝型油菜是异源四倍体作物，基因组非常复杂，鉴定其磷吸收过程的关键调控基因，研究其在磷稳态中的功能，对油菜磷高效品种的培育具有重要的生产实践意义。

甘蓝型油菜中有4个NITROGEN LIMITATION ADAPTATION1（BnaNLA1）基因，它们主要在根部表达，并受到缺磷处理的下调。在缺磷处理下，MicroRNA827（BnamiR827）在根系和地上部均被诱导表达，进而抑制BnaNLA1基因的表达。BnaA09.NLA1在根、老叶、花药和花粉中均有表达。敲除BnaNLA1成员（BnaA09.NLA1及其最近的同源基因BnaC08.NLA1）或过表达BnamiR827导致叶片和雄蕊中磷浓度增加，花粉活力降低，从而对籽粒产量产生负面影响。值得注意的是，BnaA09.NLA1和BnaC08.NLA1冗余性地调控磷吸收，而BnaA09.NLA1还在花药磷分配过程中起主导作用，这表明BnaNLA1成员在甘蓝型油菜中的功能产生了分化。

研究人员利用BiFC、酵母双杂交和体外泛素化等技术证明，BnaA09.NLA1与7个在根和/或花药中高度表达的油菜BnaPHT1家族磷转运蛋白（即BnaPT8/10/11/27/35/37/42）相互作用并介导其蛋白降解，以调节根系中磷的吸收和花药中磷的分配。该研究表明BnamiR827-BnaNLA1-BnaPHT1模块调控甘蓝型油菜根系磷吸收和花器官中磷的分配，这对甘蓝型油菜的生长发育、花粉活力和籽粒产量形成至关重要。该研究为揭示BnaNLA1基因在油菜磷稳态中的基因功能、调控途径及其功能分化提供了新的见解。

图1 BnamiR827-BnaA09.NLA1-BnaPHT1模块调控油菜磷稳态、花粉活力和籽粒产量的工作模型

博士研究生吴涛为论文第一作者，石磊教授为通讯作者。华中农业大学植物营养生物学团队徐芳森教授、王创教授、丁广大教授、汪社亮副教授、蔡红梅副教授、韩贝博士、张兵兵博士、博士生王雅洁，华中农业大学生命科学技术学院刘主教授，英国雷丁大学John P. hammond教授以及澳大利亚乐卓博大学Surya Kant副教授也参与了该项研究。该研究得到了农业生物育种国家科技重大专项（2023ZD04072）和国家自然科学基金（32172662和31972498）的资助。

【英文摘要】

Phosphorus (P) is an essential macronutrient for the growth and yield of crops. However, there is limited understanding of the regulatory mechanisms of phosphate (Pi) homeostasis, and its impact on growth, development, and yield-related traits in Brassica napus. Here, we identified four NITROGEN LIMITATION ADAPTATION1 (BnaNLA1) genes in B. napus; their expression was predominant in roots and suppressed by Pi starvation-induced BnamiR827. All the BnaNLA1 proteins have similar sequences, subcellular localizations, and abilities to rescue the growth defects of atnla1 mutant. One of the genes, BnaA09.NLA1 is expressed abundantly in roots, and also in old leaves, anthers and pollens. Knocking out BnaNLA1 genes or overexpressing BnamiR827 resulted in increased concentrations of Pi in leaves as well as in stamen and had reduced pollen viability thereby negatively impacting seed yield. BiFC and split-ubiquitin Y2H analyses demonstrated that BnaA09.NLA1 interacted with seven Pi transporters highly expressed in roots and/or anthers (i.e. BnaPT8/10/11/27/35/37/42) to regulate Pi uptake and Pi allocation in anthers. Taken together, this study demonstrates that the BnamiR827-BnaA09.NLA1-BnaPHT1s module is involved in regulating Pi uptake and Pi allocation in floral organs, which is vital for the growth, pollen viability and seed yield of B. napus.

审核人 石磊