讓植物獲取充分磷元素減少磷肥使用 科學(xué)家繪制“菌根共生”調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究團(tuán)隊(duì)近日在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表論文稱，他們首次繪制了水稻—叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)調(diào)控植物直接磷營養(yǎng)吸收途徑和共生磷營養(yǎng)吸收途徑。

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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。

“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)，即直接營養(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)，即間接營養(yǎng)吸收途徑。”王二濤向記者介紹，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，但這些肥料的使用也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

那么，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(fā)現(xiàn)，PHR因子是調(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(dòng)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。

在此次研究中，王二濤團(tuán)隊(duì)以水稻菌根共生相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域?yàn)檎T餌，篩選水稻轉(zhuǎn)錄因子文庫，首次繪制出叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定到多個(gè)參與調(diào)控叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄因子，其中轉(zhuǎn)錄因子PHR處于該調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PHR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。“我們的研究成果表明，通過提高PHR基因的表達(dá)，有望達(dá)到增加水稻直接吸收磷營養(yǎng)和通過叢枝菌根共生間接吸收磷營養(yǎng)的目的，降低農(nóng)業(yè)磷肥的施用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供新方案。”王二濤說。(岑盼 王春)

關(guān)鍵詞： 植物 磷元素 磷肥使用 菌根共生