磷是構(gòu)成生物體的基本組分，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素。不過(guò)，磷元素不易吸收，它主要以有機(jī)磷或難溶性鹽的形式存在于土壤中。植物動(dòng)足了腦筋，想出兩招來(lái)使自己茁壯成長(zhǎng)：簡(jiǎn)單的是直接吸收；另一種則是通過(guò)與叢枝菌根真菌共生，從外界環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)的“曲線”途徑。

過(guò)去50多年的研究發(fā)現(xiàn)：植物根據(jù)自身的磷營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)調(diào)控叢枝菌根共生的效率，被稱為菌根共生的“自我調(diào)節(jié)”，但其調(diào)節(jié)機(jī)制一直未知。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究團(tuán)隊(duì)首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示了植物的直接磷吸收途徑和菌根共生磷吸收途徑都是受植物磷響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一控制。相關(guān)成果以封面論文的形式于北京時(shí)間昨天深夜發(fā)表在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上。

古老關(guān)系的新發(fā)現(xiàn)

要知道，植物和叢枝菌根真菌建立共生，與植物由水生向陸生進(jìn)化發(fā)生在同一時(shí)期，是自然界中最古老的共生關(guān)系，也是植物適應(yīng)陸地環(huán)境關(guān)鍵事件之一。王二濤介紹，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；同時(shí)，叢枝菌根共生能幫助植物抵抗病原菌和其他非生物逆境。

前期研究發(fā)現(xiàn)，PHRs是調(diào)控植物磷元素直接吸收途徑的核心轉(zhuǎn)錄因子。而磷元素感受器SPX通過(guò)抑制PHR的活性，維持植物體內(nèi)的磷元素穩(wěn)態(tài)。

在這項(xiàng)研究中，王二濤領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)使用水稻中菌根共生相關(guān)基因的啟動(dòng)子作誘餌，篩選水稻轉(zhuǎn)錄因子文庫(kù)，繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)現(xiàn)磷響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子PHR處于網(wǎng)絡(luò)的核心位置。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PHR通過(guò)結(jié)合在菌根共生相關(guān)基因的調(diào)控區(qū)域，進(jìn)而控制叢枝菌根共生。有意思的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)缺失磷感受器SPX后，植物菌根共生的“自我調(diào)節(jié)”失靈了。

“PHR最早是西班牙科學(xué)家在2001年發(fā)現(xiàn)的，但他們當(dāng)時(shí)用的模式植物是擬南芥，而擬南芥是極少數(shù)不形成菌根共生的植物?！蓖醵硎?，“我們此次研究得出，PHR既管‘內(nèi)政’——磷元素的直接吸收，也‘主導(dǎo)外事’——控制叢枝菌根共生，可謂‘內(nèi)外兼修’?！?/p>

“大滿貫”研究員瞄準(zhǔn)“最前沿”

“CNS”，在神經(jīng)生物學(xué)中指的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)。而在每一位科研人心中，CNS有著另一重含義：《細(xì)胞》《自然》《科學(xué)》這三本國(guó)際頂尖期刊。雖然科研的目的并非發(fā)論文，但能在國(guó)際學(xué)術(shù)舞臺(tái)發(fā)出中國(guó)科技聲音，也是大家努力的方向。

自2013年留學(xué)歸國(guó)起，王二濤在植物與微生物互作領(lǐng)域?qū)矣薪洹?017年，王二濤研究組發(fā)現(xiàn)，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(huì)幫助宿主植物增加對(duì)磷等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，這項(xiàng)工作發(fā)表在了《科學(xué)》上；去年底，《自然》又報(bào)導(dǎo)了他的新突破：王二濤研究組發(fā)現(xiàn)了豆科植物皮層細(xì)胞獲得SHR-SCR干細(xì)胞分子模塊是根瘤發(fā)育的關(guān)鍵，從而回答了“為什么豆科植物能與根瘤菌共生固氮”的問(wèn)題。加上這回在《細(xì)胞》封面的成果，王二濤實(shí)現(xiàn)了“大滿貫”。

國(guó)際同行評(píng)價(jià)說(shuō)，這項(xiàng)研究成果具有原創(chuàng)性且非常有趣，是菌根共生領(lǐng)域一次巨大的概念突破，為這一領(lǐng)域開辟了新的研究方向。

王二濤說(shuō)，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了獲取糧食的豐收，施加了大量的化肥。這嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問(wèn)題之一。“未來(lái)，我們可以通過(guò)提高PHR基因的表達(dá)，有望達(dá)到增加植物直接吸收磷元素和間接通過(guò)叢枝根菌共生吸收磷元素的目的，降低農(nóng)業(yè)磷肥的施用?！?/p>

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