Nature Plants：蛋白质组学揭示植物液泡无机磷输出新机制

景杰生物/报道

编者按：磷素是植物生长发育所必需的大量元素，是许多代谢物和生物大分子的重要组分，并且在能量转化和信号转导等生化过程中起重要作用。植物通过磷酸盐转运体从外界吸收磷酸盐并分配到不同的组织和器官被植物利用。当外界磷素充足时，植物吸收的大部分无机磷会被储存在液泡中，当外界磷素缺乏时，液泡储存的无机磷会被释放到胞质中供植物利用。所以，液泡中磷素的储存和输出对于维持植物中的磷素平衡和植物的生长发育非常重要，然而，对于液泡无机磷输出，以及液泡对磷素在体内周转及再利用的调控机制的机制至今仍不清楚。

此外，水生植物绿藻中磷元素主要以多聚磷酸的形式储存在酸钙体中，而陆生植物中磷元素主要以磷酸盐的形式储存在液泡中。在植物的进化过程中，伴随着细胞中中央大液泡的出现，磷元素的储存形式和位置发生了改变，但磷元素转运体系的进化机制还不清楚。

2019年1月9号，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所易可可研究团队和华中农业大学薛绍武教授研究团队在Nature Plants 在线发表了题为 Identification of vacuolar phosphate efflux transporters in land plants 的研究论文，该研究鉴定了陆生植物液泡无机磷输出的转运体，解析了该类转运体的进化机制，并揭示了植物液泡中无机磷输出的机制。

值得一提的是，Nature Plants 同期在 News & Views 栏目配发了南京大学兰文智教授撰写的题为 Escape routes for vacuolar phosphate 的评论文章。

该研究利用iTRAQ标记定量蛋白质组学的方法筛选到两个受缺磷诱导的液泡膜定位的磷转运蛋白 OsVPE1 和 OsVPE2 （vacuolar Pi efflux transporters）。体外实验证明，这两个蛋白具有转运无机磷的能力。

利用核磁共振技术，该研究发现增强表达该类基因能降低液泡中无机磷的含量，而该类基因功能缺失会导致液泡磷含量升高，并会影响缺磷条件下液泡中无机磷对细胞质中无机磷的缓冲作用。

通过进化分析，该研究发现VPE类蛋白与原核生物中定位在细胞膜上的三磷酸甘油/磷对向转运体同源，这一类蛋白在水生植物到陆生植物的进化过程中不仅获得了新的液泡膜定位模式，且转运功能也由对向转运体进化成单向的磷酸盐转运体，从而行使新的液泡磷素平衡功能。因此，本研究也揭示了一种植物在登陆过程中适应陆生环境中磷元素分布不均的进化机制。

植物细胞内磷酸盐转运模型

总的来说，该研究深化了我们对植物体内磷素平衡机制的认识；同时，在培育磷素高效利用的新品种上有潜在应用价值。

参考文献：

Lei Xu, et al., 2019, Identification of vacuolar phosphate efflux transporters in land plants. Nature Plant.

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