大豆是喜磷作物，我国大面积土壤缺磷，尤其是土壤磷素利用率低严重限制了大豆的生产发展。如何解决大豆需磷量高和土壤有效磷低的矛盾是科研人员面临的挑战。充分挖掘大豆自身的遗传潜力，提高大豆对土壤磷素的吸收和利用效率，进而通过分子育种快速培育磷高效大豆新品种是解决供磷与磷流失矛盾的有效途径。然而，目前大豆耐低磷分子调控机制仍不清楚。
近日，河南农业大学张丹研究组和南京农业大学喻德跃教授合作在Plant Cell and Environment在线发表了题为“Up-regulating GmETO1 improves phosphorus uptake and use efficiency by promoting root growth in soybean”的研究论文。该研究发现乙烯信号途径是参与大豆响应低磷胁迫的重要调节机制，证明了GmETO1基因能够通过调节乙烯合成，进而调控大豆的根系构型，并最终影响大豆对低磷胁迫的耐受性。
该研究通过比较两个大豆磷效率特异性材料的转录组结果，发现低磷胁迫诱导大量乙烯信号通路中相关基因的表达。进一步通过整合高密度连锁和全基因组关联分析，克隆一个控制乙烯生物合成的重要调节因子，GmETO1(ETHYLENE-OVERPRODUCTION PROTEIN 1)。过表达GmETO1可抑制根系乙烯的合成，从而促进毛状根的增多和增长，增加磷的吸收和利用效率，进而提高大豆对低磷胁迫的耐受性（图1）。反之，GmETO1基因沉默则导致根系发育受阻，并且显着降低磷效率与根系发育相关下游基因（GmACP1/2、Pht1;4、EXPANSIN-A7）的表达。
图1. 过表达/干扰GmETO1影响大豆磷的吸收与利用效率
综上，该研究揭示了乙烯信号途径在大豆响应耐低磷胁迫过程中发挥重要作用。GmETO1通过调节乙烯合成影响大豆的根系发育，并且影响下游相关基因的表达来促进植株对磷的吸收和转运，进而调控大豆对低磷胁迫的适应性。该研究拓宽了人们对植物响应低磷胁迫复杂调控机制的认识。
该研究由河南农业大学张丹研究组与南京农业大学，美国Danforth Plant Science Center与广州大学等单位合作完成。该研究得到国家重点研发计划、河南省科技攻关与河南农业大学人才创新等项目的支持。
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