在全球粮食安全面临挑战的今天，水稻等主要粮食作物的病害防控显得尤为重要。磷作为作物生长必需的三大营养元素之一，广泛参与植物体内的代谢过程，能够促进作物高产并保持品种优良。然而，过量的磷可能导致不良后果，包括无效分蘖增加和抗病性降低。
77779193永利官网吴建国教授团队近日在国际权威期刊《Plant Physiology》（植物生理学）上发表了题为“The microRNA399d-PHOSPHATE2 module alters rice sensitivity to rice ragged stunt virus by manipulating phosphate uptake”（microRNA399d-PHOSPHATE2 模块通过调控磷吸收改变水稻对水稻锯齿叶矮缩病毒的敏感性）的研究论文，研究揭示了磷营养管理如何影响水稻对水稻锯齿叶矮缩病毒（Rice Ragged Stunt Virus, RRSV）的抗性。这一发现为优化营养管理提升作物抗病性提供了新思路，并有望推动农业生产方式的革新，为提高全球粮食作物的产量和抗病性提供有效途径。
磷营养与水稻抗性：miR399d-PHO2模块的核心作用
研究揭示了水稻磷酸盐（Pi）水平与其对RRSV敏感性之间的复杂关系。RRSV感染后，水稻地上部磷酸盐含量显著增加，这一变化通过miR399d上调并抑制其靶基因OsPHO2实现。miR399d在高磷条件下上调，抑制OsPHO2表达，促进磷酸盐的积累。OsPHO2编码E2泛素连接酶，通过降解磷转运蛋白调控磷酸盐的吸收和分配。研究表明，miR399d的上调导致地上部磷酸盐的过量积累，从而增强水稻对RRSV的敏感性。
磷酸盐与活性氧（ROS）的交互作用：削弱植物防御的新机制
研究通过转基因水稻模型验证了过表达miR399d前体或敲除OsPHO2基因均导致植株磷酸盐积累增加，进而增强对病毒的易感性。此外，磷酸盐升高还会影响活性氧（ROS）的动态变化，削弱植物的天然免疫反应。通常，ROS是植物抵御病原体的关键信号分子，但该研究表明，RRSV感染引起的磷酸盐水平升高会抑制ROS的积累，减弱植物防御能力。高磷条件下，水稻样品显示出更低的ROS水平，且伴随着更高的病毒感染率。表明过量磷酸盐可能削弱植物应对病毒攻击的能力。进一步的实验结果显示，过表达miR399d或缺失OsPHO2的水稻植株表现出明显的病毒感染症状，如叶片黄化、卷曲和枯萎。这些植株地上部的磷酸盐含量显著增加，同时ROS相关基因（如OsRbohB）表达下调，抗氧化相关基因（如OsCATB和OsRbohA）则上调，进一步验证了磷营养与ROS在水稻抗病毒反应中的复杂互动。
高磷管理的双刃剑：新的农业实践启示
这项研究的重要启示在于，尽管磷肥在现代农业中广泛应用于提高作物产量，但过量施用磷肥可能带来意外的负面效应。高磷条件下，水稻对病毒的易感性显著增加，这提醒我们需要重新评估农业生产中的磷肥管理策略。适当调控磷酸盐水平有助于减少病害发生，降低农药使用，推动可持续农业的发展。
77779193永利官网张帅副教授和吴建国教授为本文的共同通讯作者。博士生吕绍元和于喜源为论文共同第一作者。本研究得到了国家杰出青年科学基金项目，重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae517