水稻轉錄因子基因OsPHR3在磷素利用過程中的作用

張亮　孫文獻　孫雅菲　裴文霞　羅聞真　孫瑞　張占田　徐國華　孫淑斌

(南京農業大學 資源與環境科學學院， 南京210095；*通訊聯系人, E-mail: sunshubin@njau.edu.cn)

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水稻轉錄因子基因OsPHR3在磷素利用過程中的作用

張亮孫文獻孫雅菲裴文霞羅聞真孫瑞張占田徐國華孫淑斌*

(南京農業大學 資源與環境科學學院， 南京210095；*通訊聯系人,E-mail:sunshubin@njau.edu.cn)

ZHANGLiang,SUNWenxian,SUNYafei,etal.RolesoftranscriptionfactorgeneOsPHR3ontheutilizationofphosphateinrice.ChinJRiceSci, 2016, 30(4): 397-405.

張亮, 孫文獻， 孫雅菲, 等. 水稻轉錄因子基因OsPHR3在磷素利用過程中的作用. 中國水稻科學， 2016， 30(4)： 397-405.

摘要:磷是植物體生長發育所必需的大量營養元素之一，廣泛參與植物體多種生命活動。土壤中磷的有效性很低，是農業生產中限制作物產量的重要因素。OsPHR3(LOC_Os02g04640)屬于MYB-CC家族，與水稻中磷信號途徑中心調控因子OsPHR2是同源基因,且具有部分功能重疊。本研究利用轉基因技術獲得OsPHR3基因的突變體和超表達材料，通過水培實驗、32Pi同位素實驗以及桶培實驗來研究該基因在吸收利用磷素過程中的作用。水培實驗表明，與野生型相比，突變體磷含量無明顯差異，基因超表達能夠提高水稻體內磷含量。32Pi同位素實驗顯示，與野生型相比，缺磷時突變體吸收速率降低，而該基因超表達能夠促進磷素的吸收與轉運。桶培實驗表明，該基因超表達能夠增加水稻有效分蘗數，提高種子中磷含量，該基因缺失使得穗長變短。OsPHR3基因可能調控促進磷的吸收與向地上部轉運。該研究將為以后分子育種提供依據。

關鍵詞:水稻； 磷酸鹽； OsPHR3

水稻是全球最重要的糧食作物之一，占世界谷類作物種植面積的1/3，約有一半的人口以稻米為主食。中國作為世界上水稻種植面積最大的國家，目前種植面積達3100多萬hm2，占世界總量的20% , 水稻產量占全國糧食總產的50%，是保證我國糧食安全的最重要作物[1,2]。世界上約有43%的耕地缺磷，我國的缺磷耕地占到2/3左右。因此，研究水稻對磷素的吸收利用機制，提高磷素利用率，對于提高作物產量具有重要的現實意義。

磷是植物生長發育所必需的大量營養元素之一，占植物體干質量的0.05%～0.5%[3]。是許多重要有機化合物(如核酸、蛋白、磷脂、ATP等)的組分，并且廣泛參與了植物體內的信號轉導、光合作用、呼吸作用、糖酵解、三羧酸循環等代謝過程[4]。土壤中可以直接被植物吸收利用的磷的濃度一般不超過10μmol/L，有的甚至低于1μmol/L，遠低于植物正常生長發育所需的磷濃度[5]。植物為了適應土壤中的缺磷環境，經過長期進化形成了一系列的適應性反應，包括改變根系形態結構、增加有機酸的分泌、與菌根真菌形成菌根共生體以及增強或誘導基因的表達等途徑來活化和提高土壤中磷的生物有效性[6-9]。

2001 年，Rubio等報道了擬南芥缺磷信號轉導途徑的中心調控因子 AtPHR1[10]。此后不同物種中 AtPHR1 的功能性同源基因相繼被發現,擬南芥中MYB-CC轉錄因子基因家族共有 15 個成員，其中與 AtPHR1 親緣關系最近的為At5g29000，命名為AtPHR1 。EMSA等實驗表明AtPHR1 具有類似 AtPHR1 的體外結合P1BS的能力，說明MYB-CC家族轉錄因子間存在部分功能冗余[11]。2008年，Zhou等[13]用擬南芥AtPHR1(At4g28610)蛋白序列進行BLAST分析，在水稻基因組中發現了兩個AtPHR1 的同源基因AK063486 和AK100065，分別命名OsPHR1 和 OsPHR2， 在轉錄水平基本不響應缺磷誘導。正常供磷條件下，OsPHR2超表達會導致地上部磷的過量積累，表現出磷中毒癥狀，且根毛顯著多于野生型[12,13]，同時OsPHR2是水稻磷信號轉導途徑的中心調控因子[13]。OsPHR3(LOC_Os02g04640)是水稻中OsPHR2的同源基因，氨基酸序列同源性為45.21%，具有部分相似功能，與OsPHR1 和 OsPHR2共同參與下游磷相關基因的調控[13,14]。本研究通過轉基因技術獲得該基因的超表達和敲除材料，通過水培實驗、32Pi同位素吸收與轉運實驗以及桶培實驗研究了該基因在磷素利用過程中的作用，以期為后續的分子育種提供依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料：日本晴野生型(WildType;WT),純合突變體osphr3和 OsPHR3超表達材料。

1.2水稻和擬南芥中MYB-CC家族成員進化樹分析

水稻OsPHR3與OsPHR1、OsPHR2一樣，同屬于MYB-CC家族成員。為了研究該基因在MYB-CC家族的進化關系，根據水稻和擬南芥中MYB-CC家族相關基因登錄號，在NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)和TAIR(http://www.arabidopsis.org/)網站上獲得相應的氨基酸序列，利用ClustalX和MEGA5.0軟件做進化樹，引導程序設為 1000。

1.3 缺磷條件下OsPHR3的表達模式

以粳稻品種日本晴野生型為試驗材料，1/2MS培養基發苗，7d后選擇生長一致的幼苗去種子移入7L培養箱中，每箱20棵苗，先清水緩苗然后全營養液培養7d進行處理。設置為正常供磷營養液(0.30mmol/LKH2PO4，+P)和缺磷營養液(0.00mmol/LKH2PO4，-P)處理，缺磷處理的營養液中用0.30mmol/L的KCl補足K+的含量，其他營養成分參照IRRI水稻完全營養液配方。每天調pH至5.5，每3d換一次營養液，每個處理4個重復,處理14d后分為地上部和根系采樣，貯存于-70℃冰箱。采用Trizol法提取總RNA,cDNA合成用TaKaRa公司的定量反轉錄試劑盒(RR047A),使用SYBY定量RT-PCR試劑(DRR041A)進行實時PCR檢測。

1.4轉基因材料水培實驗

根據OsPHR3基因序列信息，從韓國突變體網站SIGnALSalk(http://signal.salk.edu/)查詢突變體信息,鑒定后獲得3個株系的Tos17純合突變體，沉默效果很好，分別命名為osphr3-1、osphr3-2、osphr3-3。同時，利用轉基因技術得到該基因的超表達材料，經潮霉素篩選和GUS染色鑒定，得到日本晴陽性轉基因材料29個株系。然后定量RT-PCR鑒定超表達效果，選擇效果較好的3個株系Ox1、Ox2、Ox3進行后續的實驗。

轉基因水稻株系和野生型材料，用1/2MS培養基發苗，7d后選擇生長一致的幼苗去種子移入7L培養箱中，每箱16棵苗，先清水緩苗然后全營養液培養7d進行處理。設置為正常供磷營養液(0.30mmol/LKH2PO4，+P)和缺磷營養液(0.00mmol/LKH2PO4，-P)處理，其中缺磷處理的營養液用0.30mmol/L的KCl補足K+的含量，每個處理4個重復，其他營養成分參照IRRI水稻完全營養液配方。每天調pH至5.5，每3d換一次營養液，處理21d后觀察表型并統計相關生理數據。

1.5水培條件下轉基因材料磷含量的測定

轉基因材料經水培缺磷處理21d后收獲，分為地上部和根系兩部分，鮮樣用液氮磨成粉末后稱取0.5g左右，用高氯酸提取法和硫酸-鉬酸銨比色法測定可提取磷含量；另外一批樣品105°C恒溫箱殺青30min，然后于70°C恒溫箱烘至恒重磨碎，稱取磨碎的植株樣品0.05g左右，采用硫酸-雙氧水消煮法和鉬銻抗比色法測定總磷含量。具體參照土壤農化分析第三版進行測定。

1.632Pi同位素的吸收和轉運實驗

正常供磷和缺磷條件下處理14d后的轉基因苗轉移到300mL的一次性杯子中進行同位素示蹤實驗，每杯3穴，每穴1株，每杯裝有160mL含100mg/LKH232PO4的IRRI營養液，每杯營養液中實際加入總量2.96×105Bq32Pi放射性原液。植株消解樣品鮮質量控制在0.3g以下，消解過程使用2mL高氯酸和1mL雙氧水，室溫過夜消解樣品至清亮。取300μL消解樣進行放射性測定，300μL消解樣加入5mL離心管中(管壁完全光滑無刻度無磨砂面)，再加入3.5mL閃爍液(型號OPTIPHASE“HISAFE”-3)，加入閃爍液后強烈搖晃離心管，放置后觀察混合液是否澄清均一，如無分層現象混勻后放置4h以上，在南京農業大學同位素實驗室進行測定。

1.7轉基因材料在正常供磷條件下的全生育期實驗

為了觀察OsPHR3基因對整個生育期的影響，在南京農業大學牌樓基地進行桶培實驗，所用土壤取自江蘇省南京市牌樓地區酸性黃棕壤，每桶15kg土壤，每1kg土壤施肥量為尿素220mg/kg，KH2PO4120mg/kg，不施鉀肥。每個株系6個重復，統計相關生理數據，成熟后收獲材料，把野生型和轉基因材料分為莖稈、葉鞘、穗柄3個部位，樣品在105 ℃下殺青30min，70 ℃下烘至恒重(3d左右)。總磷測定采用硫酸-雙氧水消煮和鉬銻抗比色法，具體參照土壤農化分析第三版進行測定。

1.8成熟期轉基因材料相關農藝性狀統計

為了進一步研究OsPHR3基因對水稻生殖器官的影響，成熟后收獲材料測定種子中總磷含量，并對水稻的穗長、一次枝梗數、單株產量等農藝性狀進行統計。

1.9數據統計分析

用軟件Excel和SigmaPlot10.0進行數據統計分析和繪圖。

2結果與分析

2.1水稻和擬南芥中MYB-CC家族成員進化樹分析

OsPHR3位于水稻第2條染色體上，cDNA全長1404bp，編碼467個氨基酸，有7個外顯子和6個內含子。根據已報道的擬南芥中MYB-CC家族的15個成員和 OsPHR1、OsPHR2的氨基酸序列進行進化樹分析。從圖1可以看出，水稻中OsPHR1和OsPHR2親緣關系較近，OsPHR3與擬南芥中At3g13040親緣關系較近。相對于OsPHR1來說，OsPHR3與OsPHR2的親緣關系更近一些。同時，可以看出OsPHR3與OsPHR1和OsPHR2不在一個分支上，即OsPHR3與OsPHR1和OsPHR2的功能可能存在一定的差異。

2.2缺磷條件下OsPHR3的表達模式

如圖2所示，在正常供磷和缺磷處理14d后，分別為地上部和根系采樣提取RNA，反轉錄成cDNA后定量RT-PCR檢測OsPHR3基因的表達情況。從表達部位上來說，該基因在地上部的表達量高于根系。與正常供磷相比，缺磷條件下OsPHR3基因地上部和根系的相對表達量分別增加了40.6%和52.9%。說明該基因不論是地上部還是根系均受缺磷誘導。

2.3OsPHR3基因的缺失和超表達對水稻苗期生長的影響

為了研究OsPHR3基因對水稻苗期生長的影響，選取苗齡7d的水稻幼苗正常供磷和缺磷處理，14d后統計并觀察表型。如圖3所示，與野生型相比，不論是在正常供磷還是缺磷條件下，突變體株高和根長均無明顯差異。在正常供磷條件下與野生型相比，超表達植株變得矮小，3個株系Ox1、Ox2和Ox3的株高分別比野生型降低了26.3%、17.3%和19.2%；根長也微弱降低(圖3-A、B、C)；而在缺磷條件下，與野生型相比，超表達材料株高和根長無明顯變化(圖3-D、E、F)。由此可見，與野生型相比，正常供磷條件下超表達植株生長受到抑制，而缺磷條件下并無明顯差異。這可能是由于正常供磷下，OsPHR3基因超表達導致水稻體內磷過度積累，進而導致超表達株系的生長受到抑制。

圖1水稻和擬南芥中MYB-CC家族成員進化樹分析

Fig. 1.PhylogeneticanalysisofMYB-CCfamilymembersinriceandArabidopsis.

2.4水培條件下OsPHR3基因對水稻苗期磷含量的影響

為了解該基因的缺失和超表達后是否影響水稻苗期地上部和根系的磷含量，我們測定了野生型和轉基因株系在正常供磷和缺磷條件下地上部和根系的磷含量。我們發現(圖4)，不論是正常供磷還是缺磷條件下，突變體地上部和根系中磷含量均無明顯變化。正常供磷條件下，與野生型相比，超表達株系Ox1、Ox2地上部可提取磷含量分別增加了42.4%、35.2%(圖4-A)；而總磷含量的變化趨勢與可提取磷含量的變化趨勢相似，超表達Ox1、Ox2地上部的總磷含量分別增加了29.4%、28.8%，根系分別增加了48.8%、41.1%(圖4-C)。缺磷條件下，與與野生型相比較，超表達地上部和根系可提取磷含量無明顯變化(圖4-B)；而超表達Ox1、Ox2根系中總磷含量分別增加了58.3%、45.2%(圖4-D)?？梢钥闯?，不論是正常供磷還是缺磷條件下，OsPHR3的超表達均能促進水稻磷素的吸收，提高水稻體內的磷含量；但缺磷條件下，超表達株系只有根部總磷增加，而地上部變化不明顯?？赡苁窃摶虻某磉_雖然促進水稻對磷的吸收，但是由于磷的轉運相對滯后，且磷素的利用先發生于根部，因此，該基因的超表達未能影響其在缺磷條件下的轉運。為此我們設計了32Pi同位素吸收和轉運實驗來進一步驗證這個結果。

圖2OsPHR3基因在正常供磷和缺磷條件下的相對表達量

Fig. 2.RelativeexpressionofOsPHR3underPi-sufficientandPi-deficientconditions.

A-正常供磷條件下野生型和轉基因材料的表型，A的標尺為5cm；B,C-正常供磷條件下野生型和轉基因材料的株高和根長；D-缺磷條件下野生型和轉基因材料的表型,D的標尺為5cm；E,F-缺磷條件下野生型和轉基因材料的株高和根長。

A,PhenotypeofWTandtransgenicplantsunderPi-sufficientcondition,bar=5cm;B,C,PlantheightandrootlengthofWTandtransgenicplantsunderPi-sufficientcondition;D,PhenotypeofWTandtransgenicplantsunderPi-deficientcondition,bar=5cm;E,F,PlantheightandrootlengthofWTandtransgenicplantsunderPi-deficientcondition.

圖3不同供磷條件下野生型和轉基因材料表型分析

Fig. 3.ThephenotypicanalysisofWTandtransgenicplantsunderPi-sufficientandPi-deficientconditions.

A、C-正常供磷；B、D-缺磷。

A,C,UnderPi-sufficientcondition;B,D,UnderPi-deficientcondition.

圖4不同供磷條件下野生型和轉基因材料磷含量

Fig. 4.TotalPandPiconcentrationofWTandtransgenicplantsunderPi-sufficientandPi-deficientconditions.

A、C-正常供磷；B、D-缺磷。

A,C,UnderPi-sufficientcondition;B,D,UnderPi-deficientcondition.

圖532Pi同位素吸收和轉運速率

Fig. 5.RateofPiuptakebyrootsandtransportationfromroottoshootsusing32Piisotope.

A-野生型和突變體桶培表型，標尺為5cm；B-野生型和超表達桶培表型，標尺為5cm。

A,ThephenotypeofWTandmutantmaterials,Bar= 5cm;B,ThephenotypeofWTandover-expressionmaterials,Bar= 5cm.

圖6正常供磷條件下桶培實驗中野生型和轉基因材料表型及各部位總磷含量

Fig. 6.PhenotypeandtotalPconcentrationindifferenttissuesofWTandtransgenicplantsunderPi-sufficientpotexperiments.

2.5OsPHR3基因對水稻磷素吸收和轉運能力的影響

為了驗證水培實驗結果，確定OsPHR3基因缺失和超表達對水稻吸收及轉運磷素能力的影響，我們做了32Pi同位素的吸收和轉運實驗。轉基因材料在正常供磷和缺磷處理14d后，在加入100mg/LKH232PO4的IRRI營養液處理3h，測定吸收和轉運速率。結果如圖5所示，在缺磷條件下，與野生型相比，突變體材料吸收速率降低，其他無明顯變化。正常供磷條件下，與野生型相比，超表達材料的吸收速率明顯升高，但是轉運速率無明顯變化(圖5-A、C)；缺磷條件下，超表達吸收和轉運速率明顯升高(圖5-B、D)?？梢?，不論是在正常供磷還是缺磷條件下，OsPHR3超表達都能促進磷的吸收，缺磷時轉運速率明顯提高。

2.6OsPHR3基因缺失和超表達對水稻成熟期表型及各部位磷含量的影響

為了進一步研究該基因在水稻整個生育期中的作用，我們對桶培至成熟期的野生型、突變體和超表達材料農藝性狀進行統計與觀測，并測定了野生型和轉基因材料莖稈、葉鞘和穗柄3個部分的總磷含量。如圖6所示，與野生型相比，突變體株高有變矮趨勢，但是有效分蘗數和各部位總磷含量無明顯變化。與野生型相比，超表達株高升高，三個株系Ox1、Ox2、Ox3的有效分蘗數分別增加了18.8%、16.3%、8.9%; 葉鞘總磷含量分別增加了38.3%、57.8%、30.3%，穗柄總磷含量分別增加了41.8%、63.4%、37.4%?？梢?，OsPHR3基因超表達能夠提高水稻有效分蘗數，可能通過提高磷的吸收和向地上部轉運，從而提高地上部磷含量。

2.7OsPHR3基因缺失和超表達對水稻繁殖器官的影響

為了研究該基因對水稻繁殖器官的影響，我們在水稻成熟期統計并觀察野生型、突變體及超表達材料繁殖器官的變化，并測定種子中的磷含量。如圖7所示，與野生型相比，突變體三個株系phr3-1、phr3-2、phr3-3穗長分別變短了17.6%、17.5%、13.3%, 一次枝梗數微弱降低，種子總磷含量無明顯變化。與野生型相比，超表達材料3個株系Ox1、Ox2、Ox3種子中總磷含量分別增加了22.2%、18.3%、21.6%，穗長和一次枝梗數無明顯變化。此外，與野生型相比，超表達材料3個株系Ox1、Ox2、Ox3的單株產量分別增加了15.8%、12.1%、7.7% ?？梢姡墒炱谕蛔凅w有株高、穗長、一次枝梗數降低的趨勢，而超表達種子中磷含量和單株產量增加。推測OsPHR3超表達材料可能通過增加種子中磷含量，影響水稻單株產量。

3討論

擬南芥中AtPHR1的發現是植物磷信號調控研究的重要節點，PHR1-miR399-PHO2調控模塊逐漸被驗證[15,16]，并且以AtPHR1為中心的磷信號調控網絡越來越清晰[10,11,17,18]。在水稻基因組中發現了AtPHR1的同源基因OsPHR1和OsPHR2，它們共同參與水稻中磷信號的調控，其中OsPHR2是水稻中磷信號轉導途徑的中心調控因子[13]。雖然水稻和擬南芥中PHR家族成員都存在著功能冗余，調節機制相似[19,20,21]，但是家族成員的功能上也存在著差異[14,22,23]。 例如，擬南芥中高親和磷轉運蛋白AtPht1;1、AtPht1;4以及AtPHF1直接被AtPHR1調控[24,25]，但水稻中重要的磷轉運蛋白調控基因OsPHF1，卻不是直接被OsPHR2調控[14,26]。水稻是單子葉植物，磷信號的調控過程十分復雜，許多基因是在轉錄或轉錄后水平發生作用，進一步通過生理和形態學上的改變來適應環境的變化[14,27-29]。

A-標尺為2.5cm。

A,Bar= 2.5cm.

圖7野生型和轉基因材料穗型及種子總磷含量

Fig. 7.PaniclephenotypeandtotalPconcentrationingrainsofWTandtransgenicplants.

OsPHR3是OsPHR2的同源基因，氨基酸序列同源性為45.21%。進化樹分析表明, 相對于OsPHR1來說，OsPHR3與OsPHR2的親緣關系更近一些(圖1)，推測兩者在調控水稻磷素利用過程中的功能相近。OsPHR3與OsPHR1和OsPHR2在表達模式上不同，后兩者在轉錄水平上不受缺磷誘導，而OsPHR3地上部和根系均受缺磷誘導(圖2),這3個基因共同參與水稻下游磷相關基因的調控[13,14]。AtPHR1和OsPHR2超表達材料能夠導致地上部磷積累，從而使葉片壞死和生長受到抑制，出現磷中毒現象[10,12,13,30]。正常供磷條件下，OsPHR3超表達地上部可提取磷含量明顯高于野生型，同時地上部和根系總磷含量升高，但并未表現出磷中毒現象(圖4)。32Pi同位素吸收和轉運實驗表明超表達在不同供磷條件下都能促進磷的吸收，缺磷條件下能夠提高磷的轉運速率(圖5)。一般來說，擬南芥和水稻在缺磷條件下會出現根毛變長的現象[31-33]。最近，Guo等研究表明，與野生型相比，水稻OsPHR1、OsPHR2和OsPHR3基因的突變體根毛變短，而超表達根毛變長[14,31]。因此，水培條件下超表達株系的根毛變長，可以促進對磷的吸收與轉運，從而提高植株體內磷含量。OsPHR2超表達材料桶培高磷條件下表現出地上部磷中毒，結實率和產量下降的現象[13]，但Guo等磷梯度田間實驗顯示OsPHR3基因超表達能夠提高磷的利用效率，增強其耐低磷的能力，提高水稻產量[14]。本研究正常供磷桶培至成熟期，與野生型相比突變體材料無明顯變化；而超表達材料葉鞘、穗柄和種子等地上部總磷含量顯著提高，有效分蘗數和單株產量也明顯升高(圖6，圖7)。因此，OsPHR3有可能通過該基因超表達提高磷素的吸收和利用效率，從而影響水稻單株產量。

OsPHR3基因缺失后對水稻整個生長發育過程沒有顯著的影響，只有在成熟期水稻的株高、穗長等發生變化。可能是水稻中存在OsPHR1、OsPHR2和OsPHR3等磷調控基因且部分功能冗余[12-14,34]，OsPHR3基因缺失后代替該基因發揮功能，從而彌補該基因缺失帶來的影響。而OsPHR3超表達對水稻整個生長發育過程產生顯著影響，苗期地上部磷積累，成熟期種子中磷含量升高?？梢娫摶虺磉_對于磷素的利用具有重要的作用。

綜上所述，水稻OsPHR3基因超表達能夠促進磷素的吸收與轉運，提高水稻有效分蘗數以及地上部和種子中的磷含量，提高水稻磷素利用效率。對于分子育種具有重要的借鑒意義，在減少肥料的施用和保護環境等方面具有重大的經濟和社會意義。

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收稿日期:2016-01-22； 修改稿收到日期: 2016-02-04。

基金項目:國家自然科學基金資助項目(31172014)；江蘇省自然科學基金資助項目(BK20141367)；轉基因生物新品種培育科技重大專項(2014ZX0800931B; 2016ZX08009-003-005)。

中圖分類號:Q755; Q945.1

文獻標識碼:A

文章編號:1001-7216(2016)04-0397-09

RolesofTranscriptionFactorGeneOsPHR3ontheUtilizationofPhosphateinRice

ZHANGLiang,SUNWen-xian,SUNYa-fei,PEIWen-xia,LUOWen-zhen,SUNRui,ZHANGZhan-tian,XUGuo-hua,SUNShu-bin*

(College of Resources and Environmental Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;*Correspondingauthor,E-mail:sunshubin@njau.edu.cn)

Abstract:Phosphorus, an essential macronutrient element for plant growth and development, is broadly participating in various plant life activities. However, low availability of soil phosphate is a major constraint for crop production in many agricultural systems. OsPHR3(LOC_Os02g04640)is a homolog of OsPHR2, the central regulator of Pi-signaling in rice. Both OsPHR2and OsPHR3 belong to the MYB-CC family members and have functional redundancy in part. In this study, OsPHR3 knock-out and over-expression transgenic plants were obtained. The hydroponic culture,32Pi isotopic and pot experiments were used to demonstrate the role of OsPHR3 in rice phosphate untilization. First, hydroponic experiments showed that over-expression of OsPHR3increased the phosphorus content of the rice, although the knock-out lines had no significant difference with wild type plants. Second,32Pi isotopic experiments revealed that over-expression of the gene promoted the absorption and distribution of phosphate, while the absorption rate in knock-out lines decreased in comparison with wild type plants under Pi-deficient condition. Third, pot experiments demonstrated that over-expression of OsPHR3 enhanced the effective tillers and phosphorus content in seed. However, the panicle length in knock-out lines is shorter than in wild type plants. In conclusion, OsPHR3 is a potential transcription factor for improving P efficiency in rice through molecular breeding.

Key words:rice; phosphate; OsPHR3