Improving Phosphorus Efficiency in Crops with Focus on Purple Acid Phosphatase: Potentials and Perspective

تنش كمبود فسفر به عنوان فاكتور محدود كننده كليدي رشد و توليد گياهان در اغلب خاك هاي كشاورزي متداول مي باشد. اغلب فسفات به كار برده شده در خاك به سرعت تثبيت شده و اغلب كودهاي فسفاته كه سالانه به زمين هاي زراعي اضافه مي شود توسط فرآيندهايي مانند جذب سطحي، رسوب و ترانسفورماسيون به شكل آلي تثبيت مي شود. به هر حال كاربرد بيش از حد فسفر مي تواند توسط غني سازي آب هاي زير زميني با عناصر غذايي منجر به آلودگي منابع آبي شود كه باعث به وجود آمدن پديده يوتريفيكاسيون مي شود. بنابراين درك مكانيسم هايي كه توسط گياهان براي مقابله با تنش كمبود فسفر استفاده مي شود، مي تواند براي توسعه برنامه هاي مناسب مهندسي ژنتيك و به نژادي گياهان با بهبود كارايي فسفر كمك كند. براي مقابله با كمبود فسفر و حفظ هميوستازي فسفات، گياهان مكانيسم هاي سازگاري متفاوتي را توسعه داده اند كه از جمله مي توان به تغيير در مورفولوژي ريشه، بازيافت فسفات معدني و القاي اسيد فسفاتازها اشاره كرد. براي تثبيت اين استراتژي ها، ژن هاي متعددي در مسيرهاي متابوليسمي جايگزين درگير مي باشند كه توسط شبكه هاي پيچيده پيام رسان فسفر تنظيم مي شوند. در اين مقاله، ما مي خواهيم پيشرفت هاي اخير در تحقيقات مربوط به مكانيسم هاي گياهان با بهبود كارايي فسفر و استراتژهاي اصلاحي آنها را جمع بندي كنيم كه تاكيد مخصوصي روي نقش اسيد فسفاتاز و معماري ريشه در پاسخ به كمبود فسفر خواهيم داشت.

Low-phosphorus (P) stress as a key factor limiting plant growth and production is common in most agricultural soils. Most of the soil-applied phosphate will be rapidly immobilized and most of annually applied phosphate fertilizers are fixed in the soil in organic forms by adsorption, sedimentation and transformation. However, excess P application may lead to contamination of water sources by enriching of water bodies with nutrients that cause eutrophication. Thus understanding the mechanisms that are used by plants to cope with low-P stress will be supportive to develop more competent breeding and genetic engineering schemes for generating improved phosphorus efficient crops. To cope with P deficiency and maintenance of phosphate homeostasis, plants have developed different adaptive mechanisms, including alterations in root morphology, recycling of inorganic phosphate (Pi) and induction of acid phosphatases (APases). To establish these strategies, numerous genes are involved in alternative metabolism pathways that are regulated by complex Pi signaling networks. In this review, we intend to summarize current advances in research on the mechanisms of P efficient crops and its breeding strategies, with a particular emphasis on APase and root architecture roles in response to low-P stress.