PBJ|上海市农业科学院薛永团队揭示OsPT4介导的硒代蛋氨酸合成代谢与积累新机制

先前的研究表明磷酸盐（Pi）转运蛋白可能介导了植物对硒的吸收和转运过程。OsPT2介导水稻对于亚硒酸盐的吸收(Zhang et al., 2014)。超表达OsPT8可以增加烟草中的硒含量(Song et al., 2017)。此外，在之前的研究中，研究团队证实OsPT4作为一种高亲和磷酸盐转运蛋白，在Pi的高效利用中发挥着关键作用，负责Pi的吸收和向地上部分的转运，并显著促进种子胚胎发育(Zhang et al., 2015; Sun et al., 2023)。上海市农业科学院薛永团队解析了OsPT4介导的SeMet合成代谢和积累新机制，全文主要研究结果如下：

1. OsPT4促进水稻地上部硒积累

2. OsPT4增强硒处理下水稻地上部的耐受性

为了进一步探究OsPT4在不同硒浓度下对水稻生长的影响,将WT和OsPT4转基因株系水稻幼苗置于不同浓度亚硒酸盐溶液中进行水培处理，14天后测量地上部和根部的生物量。结果发现OsPT4突变降低了地上部生物量，而过表达则提高了植株和根部的干重，表明OsPT4能够提高水稻在不同硒处理下的地上部和根系生物量。通过对不同浓度硒处理下水稻幼苗表型观察发现，硒浓度的增加显著抑制了水稻幼苗的生长。为了研究OsPT4对水稻高硒耐受性的影响，实验采用四参数逻辑回归模型拟合了硒浓度的EC50和IC50值，结果表明OsPT4提高了地上部中的IC50值，并且对高浓度硒处理条件下地上部的生长抑制具有一定的缓解作用。

3. OsPT4在不同形态硒的转运和积累中发挥作用

由于有机硒和无机硒在生物有效性和毒性方面存在显著差异，近测量总硒无法完全反应硒的生物学效应，因此实验还分别测量了水稻中有机硒和无机硒的含量。结果有趣的发现OsPT4突变降低了植株中有机硒的浓度，而过表达则提高了有机硒的浓度，OsPT4对有机硒，尤其是硒代蛋氨酸（SeMet）的积累具有显著的促进作用。OsPT4对无机硒的影响不太规律，在0.5 μM 硒处理条件下，OsPT4突变导致无机硒含量显著降低，而过表达则无此影响。在1 μM和2 μM 硒处理条件下，OsPT4突变均降低了幼苗中无机硒的积累。相反，在两种处理条件下，OsPT4过表达分别表现出对无机硒积累无影响和下调。这些结果表明OsPT4在运输SeMet的过程中发挥重要作用。

4. OsPT4在调节SeMet前体的合成和代谢方面起着关键作用

为了进一步阐明OsPT4在硒施用条件下调控不同形态硒积累的分子机制，对WT水稻和OsPT4转基因系进行转录组测序，并进行氨基酸浓度检测和qRT-PCR分析。OsPT4突变降低了与蛋氨酸(Met)生物合成和降解相关的基因的表达水平，而过表达则提高了Met生物合成相关基因的表达水平，并降低了Met降解相关基因的表达水平。这表明OsPT4可能通过调节Met的合成和代谢来促进SeMet的合成。

5. OsPT4增加籽粒中SeMet及富含硒的微米级球形颗粒的积累

在水稻生殖生长阶段，测定了WT和OsPT4 转基因系在不同硒处理土壤条件下，不同组织中硒的浓度，并使用 LA-ICP-MS 和 TOF-SIMS 分析了籽粒中硒的分布和微米级球形颗粒的硒富集情况。OsPT4 突变降低了种子中硒的浓度，而过表达则提高了种子中 SeMet 的浓度，并促进了硒富集的微米级球形颗粒的形成。

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