中國青年報客戶端10月13日電（中青報·中青網(wǎng)記者 王燁捷）北京時間10月12日晚23時，中科院分子植物卓越中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《細胞》（Cell）上發(fā)表題為“A phosphate starvation response-centered network regulates mycorrhizal symbiosis（磷信號中樞網(wǎng)絡調(diào)控菌根共生）”的封面論文。這一研究，首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡，發(fā)現(xiàn)植物直接磷營養(yǎng)吸收途徑（根途徑）和共生磷營養(yǎng)吸收途徑（共生途徑）均是受到植物的磷信號網(wǎng)絡統(tǒng)一調(diào)控，回答了菌根共生領域“自我調(diào)節(jié)”這一困擾領域的重要科學問題。

磷是植物生長發(fā)育必需的三大營養(yǎng)元素之一，是植物體重要的組成成分，廣泛參與植物體內(nèi)眾多酶促反應及細胞信號轉(zhuǎn)導過程。目前，在全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實現(xiàn)增產(chǎn)，但同時也造成了嚴重的環(huán)境污染?！犊茖W》雜志2018年的一篇學術論文顯示，從1946年至2016年，全球磷肥使用量劇增，從1946年的一千萬噸暴漲至2016年的1億4000萬噸。與此同時，磷肥帶來的環(huán)境污染、水體污染、糧食污染等問題愈發(fā)嚴重，且磷礦不可再生。

如果能找到一種既能提高植物磷營養(yǎng)吸收能力，又不使用磷肥的新方法，就能在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時減少環(huán)境污染。王二濤團隊所作的研究，恰恰就找到了這種全新的可能性。

植物本身主要通過兩種途徑獲取營養(yǎng)：第一種是植物根系直接從土壤吸收營養(yǎng)，稱為直接營養(yǎng)吸收途徑；植物在感知土壤中的氮、磷等營養(yǎng)元素濃度后，通過根的外表皮層和根毛細胞直接從土壤中吸收營養(yǎng)元素。第二種是植物通過與菌根真菌共生從外界環(huán)境中獲取營養(yǎng)，稱為間接營養(yǎng)吸收途徑。

王二濤團隊的研究，聚焦于后者。植物和叢枝菌根真菌建立共生是自然界中最古老的共生關系，是植物適應陸地環(huán)境關鍵事件之一。叢枝菌根共生是最普遍的一種共生，是植物從環(huán)境中高效獲取營養(yǎng)的重要途徑，叢枝菌根真菌提供給宿主植物的磷元素占宿主植物總磷獲取量的70%以上。王二濤團隊研究表明，在菌根共生中，宿主植物以脂肪酸的形式為菌根真菌提供碳源，而菌根真菌會幫助宿主植物增加對磷等營養(yǎng)元素的吸收。

過去50多年的研究發(fā)現(xiàn)：植物可以根據(jù)自身的磷營養(yǎng)狀態(tài)，自行調(diào)控其與叢枝菌根真菌之間的共生，但其調(diào)節(jié)機制未知。此前，有西班牙科學家發(fā)現(xiàn)，PHR (Phosphate Starvation Response)是調(diào)控植物根途徑磷元素吸收的核心轉(zhuǎn)錄因子。在低磷條件下，PHR能夠激活低磷響應基因的表達，增加植物磷元素的吸收。

王二濤團隊研究的突破點在于，它首次繪制了叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡，鑒定到多個參與調(diào)控叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄因子，并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子PHRs處于該調(diào)控網(wǎng)絡的核心。他們進一步研究發(fā)現(xiàn)，PHRs可以通過低磷響應基因啟動子的P1BS元件直接調(diào)控菌根共生相關基因的表達，從而正向調(diào)控水稻-叢枝菌根共生。

也就是說，通過提高PHR基因的表達，有望達到增加水稻直接吸收磷營養(yǎng)和間接通過叢枝菌根共生磷營養(yǎng)吸收的目的，降低農(nóng)業(yè)磷肥的施用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供新的方案。

《細胞》雜志審稿人認為，這項研究技術可行，研究結(jié)果具有原創(chuàng)性且非常有趣，是菌根共生研究領域的一次重大突破?！白髡哞b定了一個整合266個轉(zhuǎn)錄因子的菌根共生調(diào)控網(wǎng)絡，其中磷信號的關鍵轉(zhuǎn)錄因子PHR處于網(wǎng)絡的核心。該成果是菌根共生領域一次巨大的概念突破，為該領域的研究開辟了新的研究方向?！睂徃迦苏J為，解析主要作物水稻中菌根共生調(diào)控可產(chǎn)生重要的社會影響。

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