【新聞晨報】登上國際頂尖學術期刊封面，中國科學家揭開植物調節(jié)磷營養(yǎng)吸收的奧秘
文章來源：分子植物科學卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間：2021-10-13 | 【打印】 【關閉】
北京時間10月12日23時，中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新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（磷信號中樞網絡調控菌根共生）”的封面論文。首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉錄調控網絡，發(fā)現植物直接磷營養(yǎng)吸收途徑（根途徑）和菌根共生磷營養(yǎng)吸收途徑（共生途徑）均受到植物的磷信號網絡統(tǒng)一調控，回答了菌根共生領域 “自我調節(jié)”這一重要科學問題。
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，廣泛參與植物體內眾多酶促反應及細胞信號轉導過程。在農業(yè)生產中，為提高農作物產量，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實現增產，但同時也造成了嚴重的環(huán)境污染。
植物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。
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。
過去50多年的研究發(fā)現：植物根據自身的磷營養(yǎng)狀態(tài)調控其與叢枝菌根真菌之間的共生，研究人員稱為菌根共生的“自我調節(jié)”，但其調節(jié)機制未知。
之前的研究發(fā)現，PHR (Phosphate Starvation Response)是調控植物根途徑磷元素吸收的核心轉錄因子。在低磷條件下，PHR能夠結合在低磷響應基因啟動子的P1BS元件上，激活低磷響應基因的表達，增加植物磷元素的吸收。植物體的磷元素感受器SPX通過與PHRs之間的互作，抑制植物的低磷響應。
王二濤研究團隊的研究首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉錄調控網絡。進一步研究發(fā)現，PHRs通過P1BS元件直接調控菌根共生相關基因的表達，從而正向調控水稻-叢枝菌根共生。該研究還發(fā)現PHR2過量表達植株和磷感受器SPX的突變體都表現出對高磷處理抑制菌根共生的不敏感性，表明高磷通過PHR-SPX模塊抑制菌根共生。
王二濤研究團隊的發(fā)現為減少農業(yè)磷肥的施用，實現農業(yè)生產綠色可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路：可以通過提高PHR基因的表達，有望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，從而降低農業(yè)磷肥的施用。
