繪製“菌根共生”調控網絡 為減少磷肥施用提供新方案

科技日報訊 （岑盼 記者王春）記者10月26日獲悉，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊近日在國際學術期刊《細胞》上發表論文稱，他們首次繪製了水稻—叢枝菌根共生的轉錄調控網絡，該網絡能同時調控植物直接磷營養吸收途徑和共生磷營養吸收途徑。

磷是植物生長發育必需的三大營養元素之一，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。

“植物主要通過兩種途徑獲取營養。第一種是植物根系直接從土壤吸收營養，即直接營養吸收途徑。植物在感知土壤中的氮、磷等營養元素濃度後，通過根的外表皮層和根毛細胞直接從土壤中吸收營養元素。第二種是植物通過與菌根真菌共生從外界環境中獲取營養，即間接營養吸收途徑。”王二濤向記者介紹，在農業生產中，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實現增產，但這些肥料的使用也造成了嚴重的環境污染。

那麼，有沒有一種辦法既能讓植物獲取充分的磷元素，又能減少磷肥的使用呢？之前的研究發現，PHR因子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啓動子的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。

在此次研究中，王二濤團隊以水稻菌根共生相關基因的轉錄調控區域為誘餌，篩選水稻轉錄因子文庫，首次繪製出叢枝菌根共生的轉錄調控網絡，鑑定到多個參與調控叢枝菌根共生的轉錄因子，其中轉錄因子PHR處於該調控網絡的核心。

團隊進一步研究發現，PHR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。“我們的研究成果表明，通過提高PHR基因的表達，有望達到增加水稻直接吸收磷營養和通過叢枝菌根共生間接吸收磷營養的目的，降低農業磷肥的施用，為農業生產的可持續發展提供新方案。”王二濤説。