磷是作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成所必需的大量營養(yǎng)元素之一。土壤中的有效磷濃度通常極低，一般低于10 μM，作物因此經(jīng)常遭受低磷脅迫，導致其生長發(fā)育受阻和產(chǎn)量降低。施用化學磷肥大幅提高了作物產(chǎn)量，但也造成了資源浪費和環(huán)境污染等問題。同時，花藥和雌蕊中的磷濃度只有維持在非常窄的范圍內(nèi)植物才能進行正常生殖生長，這對產(chǎn)量至關(guān)重要。甘藍型油菜是我國以及國際上重要的油料作物，需磷較高且對缺磷敏感。甘藍型油菜是異源四倍體作物，基因組非常復雜，鑒定其磷吸收過程的關(guān)鍵調(diào)控基因，研究其在磷穩(wěn)態(tài)中的功能，對油菜磷高效品種的培育具有重要的生產(chǎn)實踐意義。
甘藍型油菜中有4個NITROGEN LIMITATION ADAPTATION1（BnaNLA1）基因，它們主要在根部表達，并受到缺磷處理的下調(diào)。在缺磷處理下，MicroRNA827（BnamiR827）在根系和地上部均被誘導表達，進而抑制BnaNLA1基因的表達。BnaA09.NLA1在根、老葉、花藥和花粉中均有表達。敲除BnaNLA1成員（BnaA09.NLA1及其最近的同源基因BnaC08.NLA1）或過表達BnamiR827導致葉片和雄蕊中磷濃度增加，花粉活力降低，從而對籽粒產(chǎn)量產(chǎn)生負面影響。值得注意的是，BnaA09.NLA1和BnaC08.NLA1冗余性地調(diào)控磷吸收，而BnaA09.NLA1還在花藥磷分配過程中起主導作用，這表明BnaNLA1成員在甘藍型油菜中的功能產(chǎn)生了分化。
研究人員利用BiFC、酵母雙雜交和體外泛素化等技術(shù)證明，BnaA09.NLA1與7個在根和/或花藥中高度表達的油菜BnaPHT1家族磷轉(zhuǎn)運蛋白（即BnaPT8/10/11/27/35/37/42）相互作用并介導其蛋白降解，以調(diào)節(jié)根系中磷的吸收和花藥中磷的分配。該研究表明BnamiR827-BnaNLA1-BnaPHT1模塊調(diào)控甘藍型油菜根系磷吸收和花器官中磷的分配，這對甘藍型油菜的生長發(fā)育、花粉活力和籽粒產(chǎn)量形成至關(guān)重要。該研究為揭示BnaNLA1基因在油菜磷穩(wěn)態(tài)中的基因功能、調(diào)控途徑及其功能分化提供了新的見解。
博士研究生吳濤為論文第一作者，石磊教授為通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學植物營養(yǎng)生物學團隊徐芳森教授、王創(chuàng)教授、丁廣大教授、汪社亮副教授、蔡紅梅副教授、韓貝博士、張兵兵博士、博士生王雅潔，華中農(nóng)業(yè)大學生命科學技術(shù)學院劉主教授，英國雷丁大學John P. hammond教授以及澳大利亞樂卓博大學Surya Kant副教授也參與了該項研究。該研究得到了農(nóng)業(yè)生物育種國家科技重大專項（2023ZD04072）和國家自然科學基金（32172662和31972498）的資助。
