北京時間10月12日23時，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究團(tuán)隊(duì)在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)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(luò)調(diào)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(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一調(diào)控，回答了菌根共生領(lǐng)域 “自我調(diào)節(jié)”這一重要科學(xué)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(yīng)及細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，但同時也造成了嚴(yán)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(xì)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(xiàn)：植物根據(jù)自身的磷營養(yǎng)狀態(tài)調(diào)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(diào)節(jié)”，但其調(diào)節(jié)機(jī)制未知。

之前的研究發(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能夠結(jié)合在低磷響應(yīng)基因啟動子的P1BS元件上，激活低磷響應(yīng)基因的表達(dá)，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(yīng)。

王二濤研究團(tuán)隊(duì)的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(luò)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PHRs通過P1BS元件直接調(diào)控菌根共生相關(guān)基因的表達(dá)，從而正向調(diào)控水稻-叢枝菌根共生。該研究還發(fā)現(xiàn)PHR2過量表達(dá)植株和磷感受器SPX的突變體都表現(xiàn)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(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)為減少農(nóng)業(yè)磷肥的施用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(dá)，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(nóng)業(yè)磷肥的施用。

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