為確保糧食豐收，農(nóng)民往往會大量施用磷肥，由此帶來的嚴重環(huán)境污染是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的重大問題之一。近日，上?？茖W家在菌根共生系統(tǒng)中找到了一個重要“開關”，通過調(diào)節(jié)這一“開關”，有望增加水稻對磷營養(yǎng)的吸收，降低農(nóng)業(yè)磷肥的施用，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供新方案。

植物和叢枝菌根真菌建立的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，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。

今天（10月12日）深夜，中國科學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》上發(fā)表題為“磷信號中樞網(wǎng)絡調(diào)控菌根共生”的封面論文。文章首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉錄調(diào)控網(wǎng)絡，發(fā)現(xiàn)植物直接磷營養(yǎng)吸收途徑和共生磷營養(yǎng)吸收途徑均是受到植物磷信號網(wǎng)絡的統(tǒng)一調(diào)控，回答了菌根共生“自我調(diào)節(jié)”這一困擾該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導過程。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現(xiàn)增產(chǎn)，但同時也造成了嚴重的環(huán)境污染。

過去50多年的研究發(fā)現(xiàn)，植物會根據(jù)自身的磷營養(yǎng)狀態(tài)來調(diào)控其與叢枝菌根真菌之間的共生，研究人員稱之為菌根共生的“自我調(diào)節(jié)”，但其調(diào)節(jié)機制仍是未知。

2017年，王二濤研究團隊在《科學》雜志上發(fā)表論文表明，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。

此次研究中，王二濤研究組鑒定了一個整合266個轉錄因子的菌根共生調(diào)控網(wǎng)絡，發(fā)現(xiàn)調(diào)控植物根途徑磷元素吸收的核心轉錄因子PHR處于菌根共生“自我調(diào)節(jié)”的核心——它就好比一個開關，在低磷條件下，能夠結合激活菌根共生相關的表達，促進菌根共生；反之則會關閉這一表達。通過提高PHR基因的表達，有望使水稻更加充分地吸收磷營養(yǎng)，降低磷肥用量，為綠色農(nóng)業(yè)帶來希望。

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