磷是植物生长发育必须的大量营养元素。然而土壤中有效磷含量较低，不能满足作物正常生长发育的需求。在农业生产中，人们往往通过大量施用磷肥来保证作物的产量。然而磷是不可再生资源，过多施用不仅会加剧磷资源的枯竭，也会对环境造成污染。因此，研究作物磷吸收和利用效率的调控机制，培育磷高效作物新品种是解决这一问题的关键。

近日，南京农业大学农学院喻德跃教授团队在Plant Physiology上发表了题为“Type-B response regulator GmRR1 regulates soybean phosphorus uptake efficiency and yield by modifying the root architecture” 的研究论文，揭示了细胞分裂素信号通路转录因子GmRR1通过调控根系结构，促进对磷的吸收和利用继而提高大豆产量的新机制。

该研究应用大豆自然群体和重组自交系群体开展多环境下磷效率相关性状的遗传解析，在大豆9号染色体上鉴定到一个与磷效率相关的遗传位点，并成功分离了控制该位点的目标基因GmRR1。敲除GmRR1可促进根毛的生长和发育，增加根毛密度、根长和根表面积，提高对磷的吸收和利用能力，促进产量的形成，而过表达GmRR1后，根系的生长发育受到明显的抑制，产量显著降低。进一步分析发现敲除GmRR1显著提高了根中生长素和乙烯的水平，从而通过促进根毛原基的形成和根尖分生组织的延长来促进根毛的形成和生长。同时还发现敲除GmRR1后，大豆植株的分枝数、结荚数和单株籽粒重量显著增加。通过酵母双杂交、双分子荧光互补及荧光素酶互补实验证明GmRR1和GmHP1相互作用共同参与响应低磷胁迫。此外，对934份大豆种质的基因组序列分析表明，GmRR1的优异单倍型（Hap-II）逐渐被选择驯化。

图1：在正常和低磷条件下，改变GmRR1的表达显著影响大豆植株的生长

综上，该研究揭示了GmRR1通过调控磷效率促进大豆产量提高的分子机制，为作物磷效率和产量的遗传改良提供新的理论基础和基因资源。

图2：大豆Type-B-RR调控根系对低磷胁迫的作用模型

南京农业大学已毕业博士杨宇明和王莉及河南农业大学张丹教授为论文共同第一作者，程浩副教授和喻德跃教授为通讯作者。宁夏大学车志军博士、中科院东北地理与农业生态研究所张恒友研究员等参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、欧盟“地平线 2020”计划和江苏省农业科技创新基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad570