中国科学家“菌根共生”研究取得重大进展 为农业生产可持续发展提供新方案

• 2021-10-13 15:45:49 来源：科技日报

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究团队首次绘制了水稻-丛枝菌根共生的转录调控网络，发现植物直接磷营养吸收途径和共生磷营养吸收途径均是受到植物的磷信号网络统一调控，回答了菌根共生领域“自我调节”这一困扰领域的重要科学问题。10月12日，相关成果在国际学术期刊《细胞》上发表。

磷是植物生长发育必需的三大营养元素之一，是植物体重要的组成成分，广泛参与植物体内众多酶促反应及细胞信号转导过程。

“植物主要通过两种途径获取营养：第一种是植物根系直接从土壤吸收营养，称为直接营养吸收途径;植物在感知土壤中的氮、磷等营养元素浓度后，通过根的外表皮层和根毛细胞直接从土壤中吸收营养元素。第二种是植物通过与菌根真菌共生从外界环境中获取营养，称为间接营养吸收途径。”王二涛向记者介绍，在农业生产中，为提高农作物产量，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥来实现增产，但同时也造成了严重的环境污染。

那么，有没有一种办法既让植物生长获取充分的磷元素，又能减少磷肥的使用量呢?之前的研究发现，PHR (Phosphate Starvation Response)是调控植物根途径磷元素吸收的核心转录因子。在低磷条件下，PHR能够结合在低磷响应基因启动子的P1BS元件上，激活低磷响应基因的表达，增加植物磷元素的吸收。植物体的磷元素感受器SPX通过与转录因子PHRs之间的互作，抑制植物的低磷响应。

在此次研究中，王二涛研究团队以水稻菌根共生相关基因的转录调控区域为诱饵，筛选水稻转录因子文库，首次绘制了丛枝菌根共生的转录调控网络，鉴定到多个参与调控丛枝菌根共生的转录因子，其中转录因子PHRs处于该调控网络的核心。

团队进一步研究发现，PHRs通过P1BS元件直接调控菌根共生相关基因的表达，从而正向调控水稻-丛枝菌根共生。该研究还发现，低磷响应因子 PHR2过量表达植株和磷感受器SPX的突变体都表现出对高磷处理抑制菌根共生的不敏感性，表明高磷是通过低磷响应因子和磷感受器PHR-SPX模块抑制菌根共生。

“我们的研究成果表明，通过提高PHR基因的表达，有望达到增加水稻直接吸收磷营养和间接通过丛枝菌根共生磷营养吸收的目的，降低农业磷肥的施用，为农业生产的可持续发展提供新的方案。”王二涛说。(岑盼 科技日报记者 王春)

标签： 菌根共生 重大进展 科学问题 组成成分

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