植酸能否成为玉米生长的磷源？这项研究给出答案！

　　为解决有机磷（Po）在农业中利用效率低等问题，研究人员以玉米传统意大利种群（VA572）和现代商业杂交种（P1547）为材料，开展了以植酸（InsP₆）和磷酸盐（Pi）为磷源的对比研究。结果表明植酸可作为玉米幼苗生长的生物有效磷源，且两个种群对植酸的响应存在差异，该研究为优化农业磷利用提供了依据。

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　　在农业生产中，磷是作物生长不可或缺的关键元素。然而，传统的化学磷肥不仅面临资源短缺的问题，过度使用还会造成环境污染。与此同时，动物粪便等废弃物中含有丰富的有机磷，如植酸（InsP₆），但这些有机磷往往不能被作物充分利用。为了探寻更高效、环保的磷利用方式，来自意大利 CREA 研究中心的研究人员 Maria Carelli、Federica Terlizzi 和 Carla Scotti 针对玉米展开了深入研究，其成果发表在《BMC Plant Biology》上。

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研究人员选择了具有不同育种背景的两个玉米种群，分别是意大利传统开放授粉种群 “Nostrano dell’Isola”（VA572）和现代商业杂交种 Pioneer 1547（P1547）。他们采用了多种技术方法来开展研究，其中主要的技术方法包括：首先是 RNA 测序（RNA-seq）技术，通过对玉米根部转录组进行测序分析，研究基因的表达变化；其次是酶活性测定，检测玉米根分泌的植酸酶活性，探究植酸的利用机制；此外，还进行了生物量测定、磷浓度分析等实验。

研究结果如下：

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1. 玉米生物量和磷浓度：通过设置不同的磷处理组，研究人员发现，在 28 天的实验周期内，两个玉米种群都能利用植酸作为唯一磷源生长，但与无机磷酸盐相比，植酸在促进根和茎生物量增长以及茎中磷含量积累方面效率较低。在实验早期，无磷（noP）处理对植物生长影响不显著，但 14 天后，noP 处理的植株出现磷饥饿症状，茎生物量显著低于 Pi 和 Po 处理组。21 天时，Pi 和 Po 处理对 VA572 种群的根和茎生长影响相似，而 P1547 杂交种中 Pi 处理的植株生长更好。到 28 天时，Pi 处理在两个种群中均支持显著更高的根和茎生物量。同时，研究还发现，植酸处理（Po）在 VA572 根中能显著提高磷浓度123。
2. 酶活性：研究人员检测了根释放的植酸酶活性，发现两个玉米种群在 Po 处理下均检测到显著的根释放植酸酶活性。在 P1547 杂交种中，植酸酶活性在 7 天和 21 天出现两个峰值；而在 VA572 种群中，从 14 天开始出现植酸酶活性，并在 28 天显著增加。这表明根释放的植酸酶活性可能是由 InsP₆诱导产生的4。
3. RNA-seq 分析：通过 RNA-seq 分析，研究人员发现两个玉米种群对有机磷处理（Po）的基因表达模式存在差异。在 VA572 种群中，Po 处理诱导了大量基因的表达变化，而 P1547 杂交种中则主要表现为少量基因的表达受到抑制。在参与植酸利用的基因方面，研究发现紫色酸性磷酸酶（PAP）基因和参与肌醇转运的基因在 Po 处理下上调，这表明根分泌的 PAPs 水解 InsP₆以及直接吸收不同磷酸化程度的肌醇可能参与了玉米对植酸的利用。此外，研究还发现 Po 处理影响了根系发育相关基因的表达，以及磷源与其他大量和微量营养元素吸收（如 N、K、金属离子）的关系567。
4. 基因本体（GO）富集分析：对 Po 和 Pi 处理比较产生的差异表达基因（DEGs）进行 GO 富集分析，发现 “对刺激的响应”“对化学物质的响应” 和 “跨膜运输” 等 GO 术语中涉及的 DEGs 数量最多。这些 DEGs 包括参与磷信号通路、根系发育和营养元素吸收的基因，表明玉米对不同磷源的响应涉及多种生物学过程8。
5. 定量实时 PCR 分析：研究人员对 13 个在 Po 和 Pi 处理中至少在一个种群中表现为 DEGs 的基因进行了定量实时 PCR（qRT-PCR）分析。结果表明，qRT-PCR 结果总体上证实了 RNA-seq 分析获得的表达模式，但在某些基因的表达上存在差异，这些差异可能与特定时间点的表达变化有关910。

综合研究结果和讨论部分，该研究意义重大。一方面，它首次明确了植酸是玉米幼苗生长的生物有效磷源，为农业生产中有机磷的利用提供了理论依据。这意味着在未来的农业实践中，可以探索利用动物粪便等有机废弃物中的植酸作为磷肥的替代来源，从而减少对不可再生矿物磷肥的依赖，提高农业的可持续性。另一方面，研究揭示了不同育种背景的玉米种群对植酸的利用差异，为玉米品种的选育提供了新的方向。通过进一步研究这些差异背后的分子机制，可以培育出更高效利用有机磷的玉米品种，提高作物产量，减少环境污染。此外，该研究还深入探讨了玉米对有机磷响应的分子机制，为理解植物磷营养代谢提供了新的视角，有助于推动植物营养学领域的发展。

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