苹果砧木MmPHT1;5通过PHR1-PHT1模块调控低磷胁迫响应的分子机制

本研究针对苹果砧木低磷胁迫耐受机制不明的问题，通过转录组学筛选出关键磷转运蛋白基因MmPHT1;5，揭示其受转录因子MmPHR1直接调控的分子通路。研究发现MmPHT1;5过表达显著提升苹果愈伤组织的酸性磷酸酶（ACP）活性和磷含量，CRISPR/Cas9敲除则导致磷吸收能力下降，首次在苹果中证实PHR1-PHT1模块通过激活PHT1;5增强低磷耐受性，为培育耐低磷苹果砧木提供新靶点。

　　

磷是植物生长发育不可或缺的宏量元素，但土壤中有效磷含量常不足成为限制作物产量的关键因素。植物通过高亲和力磷转运蛋白PHT1家族吸收磷，其中PHR1-PHT1调控模块在拟南芥、水稻等模式植物中已被证实参与磷稳态维持，但在具有重要经济价值的苹果砧木中该机制仍属空白。贵州大学的研究团队选择对低磷胁迫具有显著耐受性的山荆子（Malus mandshurica）优良品系MSDZ 109为材料，通过多组学联用和基因功能验证，首次系统解析了苹果砧木响应低磷胁迫的分子机制，相关成果发表在《BMC Plant Biology》。

研究采用转录组测序结合同源比对鉴定出13个MmPHT1基因家族成员，通过qRT-PCR分析发现MmPHT1;5在低磷处理30天后根部表达量上调11.5倍。启动子分析显示MmPHT1;5含有P1BS等磷响应元件，双荧光素酶报告系统和酵母单杂交（Y1H）实验证实转录因子MmPHR1能直接激活其表达。利用农杆菌介导的遗传转化技术构建MmPHT1;5过表达和CRISPR/Cas9敲除的"皇家嘎啦"苹果愈伤组织，发现过表达株系在低磷条件下酸性磷酸酶（ACP）活性和总磷含量显著高于野生型，而敲除株系则表现出磷积累缺陷。

研究结果部分：

1. MmPHT1家族鉴定与进化分析：系统发育树显示MmPHT1;5与拟南芥AtPHT1;5高度同源，亚细胞定位证实其定位于细胞膜，符合转运蛋白特征。
2. 低磷诱导表达模式：MmPHT1;5在根部持续响应低磷胁迫，30天时表达量达峰值，具有组织特异性。
3. 蛋白结构与启动子特征：MmPHT1;5含12个跨膜结构域，启动子区含P1BS、W-box等顺式元件，GUS报告系统验证其具有启动活性。
4. MmPHR1转录调控机制：MmPHR1的F1结构域（1-320aa）具有转录激活能力，能特异性结合MmPHT1;5启动子并激活其表达。
5. 功能验证：过表达MmPHT1;5使愈伤组织无机磷含量提升2.1倍，同时上调MdPAP15等磷饥饿响应基因表达。

该研究首次在苹果中阐明PHR1-PHT1;5模块通过"转录因子-转运蛋白"级联反应调控磷吸收的分子机制，突破性地发现MmPHT1;5不仅能介导磷吸收，还参与磷在器官间的再分配。这一发现为通过分子育种改良苹果砧木磷效率提供了精准靶标，对减少果园磷肥施用、实现可持续农业发展具有重要实践意义。研究建立的CRISPR/Cas9基因编辑体系也为其他果树营养胁迫研究提供了技术范式。值得注意的是，MmPHT1;5在生殖器官中的潜在功能及其与microRNA399等已知磷信号通路的互作关系，将成为后续研究的重点方向。