Nature Com | 华中农业大学研究团队揭示水稻SPX2– PHR2复合物感知磷信号、调控磷稳态的分子机制

来源 | 华中农业大学

磷是影响生命体生长发育、决定作物产量的重要营养元素。农业生产上，为了增产，磷肥的过度使用引发了系列环境问题。研究作物的磷稳态维持机制，具有重要的理论与实践意义。已有研究表明：低磷条件下，水稻磷稳态调控的核心转录因子–PHR2通过二聚化结合顺式调控元件（P1BS），激活一系列磷饥饿响应基因的表达，促进磷的吸收与利用；高磷条件下，SPX2蛋白感知磷信号，进而结合并抑制PHR2的转录活性，维持磷稳态，避免磷中毒。但SPX2如何感知和传递磷信号的具体分子机制，尚不清楚。

近日，湖北洪山实验室、作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院的蛋白质科学研究团队蛋白质动态学课题组在Nature Communications杂志在线发表了题为Mechanistic insights into the regulation of plant phosphate homeostasis by the rice SPX2 – PHR2 complex的研究论文，揭示了水稻SPX2– PHR2复合物感知磷信号、调控磷稳态的分子机制。

该研究采用整合结构生物学策略，联用多种生物物理技术手段，综合结构基础与动态分析，揭示了SPX2受体感受磷信号分子–磷酸肌醇（InsP6）、传递磷信号进而调控水稻磷稳态的分子机制（图1）：SPX2通过寡聚状态的动态变化，以独特的结构域交互构象感知InsP6信号，并以dimer of dimer的方式结合PHR2；这种独特的结合方式，空间排斥了PHR2结合PIBS，并打破了PHR2的二聚化，进而抑制PHR2的转录活性，维持磷稳态。

该研究从机制上阐明了水稻磷动态平衡的分子基础，对水稻农艺性状的遗传改良和合理施肥具有指导意义，为因地制宜的选育不同磷酸盐吸收能力的水稻品种提供了重要参考。

图1. 多技术联用，结合复合物结构、动态分析、化学交联分析，阐明SPX2受体感知和传递磷信号，进而抑制PHR2转录活性的分子机制。

生科院官泽源博士、张群霞博士和张治飞同学为该论文共同第一作者，刘主教授为该论文通讯作者。校级蛋白质平台为该研究提供了强有力的支持，样品的衍射和散射数据在上海同步辐射光源收集。该研究受到了科技部、国家自然科学基金委、校自主创新基金的资助。官泽源博士特别感谢博士后创新人才计划、博士后面上基金、生科院博士后百川计划的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29275-8