“磷肥开关”让水稻生产更“绿色”,上海科学家最新研究登上《细胞》封面

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《细胞》封面文章

为确保粮食丰收,农民往往会大量施用磷肥,由此带来的严重环境污染是农业生产亟待解决的重大问题之一(www.hrnp.net)。近日,上海科学家在菌根共生系统中找到了一个重要“开关”,通过调节这一“开关”,有望增加水稻对磷营养的吸收,降低农业磷肥的施用,为农业可持续发展提供新方案。

植物和丛枝菌根真菌建立的共生是自然界中最古老的共生关系,是植物适应陆地环境关键事件之一。丛枝菌根共生是最普遍的一种共生,丛枝菌根真菌提供给宿主植物的磷元素占宿主植物总磷获取量的70%以上。

今天(10月12日)深夜,中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究团队在国际顶尖学术期刊《细胞》上发表题为“磷信号中枢网络调控菌根共生”的封面论文。文章首次绘制了水稻-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磷信号网络的统一调控,回答了菌根共生“自我调节”这一困扰该领域的重要科学问题。

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。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。

过去50多年的研究发现,植物会根据自身的磷营养状态来调控其与丛枝菌根真菌之间的共生,研究人员称之为菌根共生的“自我调节”,但其调节机制仍是未知。

2017年,王二涛研究团队在《科学》杂志上发表论文表明,在菌根共生中,宿主植物以脂肪酸的形式为菌根真菌提供碳源,而菌根真菌会帮助宿主植物增加对磷等营养元素的吸收。

此次研究中,王二涛研究组鉴定了一个整合266个转录因子的菌根共生调控网络,发现调控植物根途径磷元素吸收的核心转录因子PHR处于菌根共生“自我调节”的核心——它就好比一个开关,在低磷条件下,能够结合激活菌根共生相关的表达,促进菌根共生;反之则会关闭这一表达。通过提高PHR基因的表达,有望使水稻更加充分地吸收磷营养,降低磷肥用量,为绿色农业带来希望。

作者:沈湫莎

图片:中科院分子植物科学卓越创新中心供图

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