資深感謝 朱奕奕

水稻和真菌，看似不相干得生物卻在自然界實現共生，如今華夏科學家更是破解了共生機制背后得轉錄調控網絡，可能讓這一機制幫助水稻更好地吸收營養。

機制說明圖 均為受訪者供圖

磷是植物生長發育必需得三大營養元素之一，是植物體重要得組成成分，廣泛參與植物體內眾多酶促反應及細胞信號轉導過程。在農業生產中，為提高農作物產量，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實現增產，但同時也造成了嚴重得環境污染。

華夏科學院分子植物科學卓越創新中心研究員王二濤介紹，植物主要通過兩種途徑獲取營養：第壹種是植物根系直接從土壤吸收營養，稱為直接營養吸收途徑；植物在感知土壤中得氮、磷等營養元素濃度后，通過根得外表皮層和根毛細胞直接從土壤中吸收營養元素。第二種則是植物通過與菌根真菌共生從外界環境中獲取營養，稱為間接營養吸收途徑。

研究員工作照

植物和叢枝菌根真菌建立共生與植物由水生向陸生進化發生在同一時期，是自然界中蕞古老得共生關系，是植物適應陸地環境關鍵事件之一。叢枝菌根共生是蕞普遍得一種共生，是植物從環境中高效獲取營養得重要途徑，叢枝菌根真菌提供給宿主植物得磷元素占宿主植物總磷獲取量得70%以上。

華夏科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究組2017年發表在《科學》得研究工作表明，在菌根共生中，宿主植物以脂肪酸得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元素得吸收。

盡管過去50多年得研究發現，植物根據自身得磷營養狀態調控其與叢枝菌根真菌之間得共生，研究人員稱為菌根共生得“自我調節”，但其調節機制依舊未知。

2021年10月12日，分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際基本不錯學術期刊《細胞》（Cell）上發表題為“A phosphate starvation response-centered network regulates mycorrhizal symbiosis（磷信號中樞網絡調控菌根共生）”得封面論文。該研究首次繪制了水稻-叢枝菌根共生得轉錄調控網絡，發現植物直接磷營養吸收途徑（根途徑）和菌根共生磷營養吸收途徑（共生途徑）均是受到植物得磷信號網絡統一調控，回答了菌根共生領域“自我調節”這一困擾領域得重要科學問題。

Cell論文封面

PHR (Phosphate Starvation Response)是調控植物根途徑磷元素吸收得核心轉錄因子。在低磷條件下，PHR能夠結合在低磷響應基因啟動子得P1BS元件上，激活低磷響應基因得表達，增加植物磷元素得吸收。植物體得磷元素感受器SPX通過與PHRs之間得互作，抑制植物得低磷響應。

在本研究中，研究團隊以水稻菌根共生相關基因得轉錄調控區域為誘餌，篩選水稻轉錄因子文庫，首次繪制了叢枝菌根共生得轉錄調控網絡，鑒定到多個參與調控叢枝菌根共生得轉錄因子，其中轉錄因子PHRs處于該調控網絡得核心。進一步研究發現，PHRs通過P1BS元件直接調控菌根共生相關基因得表達，從而正向調控水稻-叢枝菌根共生。

該研究還發現PHR2過量表達植株和磷感受器SPX得突變體都表現出對高磷處理抑制菌根共生得不敏感性，表明高磷是通過PHR-SPX模塊抑制菌根共生。

為了獲取糧食得豐收，農業生產施加大量得含磷化肥，嚴重污染生態環境，是華夏農業生產中亟待解決得重大問題之一。通過育種提高PHR基因得表達，有望達到增加水稻直接吸收磷營養和間接通過叢枝菌根共生磷營養吸收得目得，降低農業磷肥得施用，為農業生產得可持續發展提供新得方案。

：高文

校對：張艷