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。磷作为作物生长所需的三种大量元素之一，以多种方式参与了植物体内各种各样的代谢过程，对作物高产及保持品种的优良有着明显的作用，但过多的磷元素则可能导致包括过多无效分孽以及抗病性减弱等多种不良的影响。
近日，福建农林大学吴建国教授团队在国际权威期刊Plant Physiology上发表了题为The microRNA399d-PHOSPHATE2 module alters rice sensitivity to rice ragged stunt virus by manipulating phosphate uptake的研究论文，揭示了水稻磷营养管理如何影响其对水稻锯齿叶矮缩病毒（Rice Ragged Stunt Virus, RRSV）的抗性。这一发现为通过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，找到提高全球主要粮食作物产量和抗病性的有效途径。
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的表达，促进磷酸盐积累。OsPHO2编码E2泛素连接酶，负责通过降解磷转运蛋白来调控磷酸盐的吸收和分配。研究表明，miR399d表达的增加导致地上部磷酸盐积累，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，进而减弱植物防御。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。这表明，磷酸盐过量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的水稻植株表现出显著的病毒感染症状，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，同时活性氧相关基因（如OsRbohB）表达下调，抗氧化相关基因（如OsCATB和OsRbohA）则上调。这一发现进一步验证了磷营养与活性氧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想不到的负面效应。研究表明，高磷条件下，水稻对病毒的易感性显著增加，提示我们在农业生产中需要重新审视磷肥的管理策略。通过适当调控磷酸盐水平，有望减少病害的发生率，降低农药使用，从而促进可持续的农业发展。
福建农林大学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。该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。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae517