植物磷转运子PHT1家族研究进展

• 作者: 丁广大 徐芳森 王雪 石磊 董旭 蔡红梅
• 来源期刊: 植物营养与肥料学报
• 关键词: 高等植物 磷转运 PHT1家族 转录调控 信号转导通路
• 年，卷（期）: 2017,（3）
• 所属期刊栏目: 专题综述
• 页码范围: 799-810
• 页数: 12页
• 字数: 9723字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11674/zwyf.16224

摘要

[目的]磷是植物生长发育所必需的大量营养元素.植物PHT1磷转运蛋白家族在植物磷吸收、运转及再利用等过程中发挥了重要作用.迄今已在多种高等植物中相继分离出大量PHT1家族基因.本文综述了国内外关于植物PHT1家族的主要研究进展,详细阐述了植物PHT1家族的表达模式、功能及可能的调控途径.[主要进展]植物PHT1家族属于MFS (major facilitator superfamily)超家族,不同物种PHT1家族蛋白的结构非常保守,通常具有12个亲脂跨膜结构域,形成“6螺旋-亲水大环-6螺旋”式的结构镶嵌于质膜当中.同时,该家族具有H2PO4-/nH+共运子、糖转运子和MFS通用转运子等特征结构域和一段保守的氨基酸特征序列GGDYPLSATIMSE.一般情况,植物PHT1家族基因吸收转运1个无机磷需要2～4个质子协同进入质膜,并伴随膜电位的变化.植物PHTl家族的磷转运特性差异较大,其动力学参数Km值差别较大.高等植物PHT1家族成员众多.在拟南芥、水稻、大豆、茄科植物及其他物种中的研究发现,PHT1家族各成员间的时空表达模式存在差异,多数成员受低磷信号调控且主要在根部表达,少部分成员在除根以外的其他器官中表达,并行使相应的磷转运功能.已有研究表明,植物PHT1家族基因的转录水平受到多因素的调控,例如外界环境中的无机磷浓度,转录因子如MYB家族、WRKY家族以及ZA T6等基因能与PHT1家族基因启动子区的特殊调控元件如MYCS元件、P1BS元件及W-box元件等结合,调控基因的转录.此外,部分PHT1家族基因的转录水平受丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)的调控.除了转录水平的调控,关于植物PHT1家族转录后水平的调控途径同样取得了较大进展.PHF1基因、含SPX结构域的蛋白家族、MicroRNA、蛋白磷酸化与去磷酸化、染色质修饰及其他等一系列调控途径均参与到PHT1家族基因的转录后调控及信号转导.植物激素如生长素、乙烯和细胞分裂素等也参与这一调控过程. [建议与展望]植物对磷吸收利用的分子调控机理及信号转导途径十分复杂,因此,培育磷高效利用基因型作物任重而道远.关于植物PHT1家族基因的研究已从模式植物向作物及其他高等植物中扩展,然而对该家族蛋白的生化及结构生物学等研究还待进一步深入.同时,对于一些基因组较复杂的多倍体物种如甘蓝型油菜、小麦、大麦及棉花等,仍有待开展进一步研究.