为农业生产可持续发展提供新方案

磷是植物生长发育必需的三大营养元素之一。过去50多年的研究发现，植物会根据自身的磷营养状态进行“自我调节”，但其调节机制一直未知。

2021年10月12日，中科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》发表封面论文。他们首次绘制了水稻-丛枝菌根共生的转录调控网络，发现植物不管是通过根途径还是菌根共生途径来吸收磷营养，均受到磷响应网络统一调控，从而回答了这一重要科学问题。

【自然界中最古老的共生关系】

植物主要通过两种途径获取营养，第一种是植物根系直接从土壤吸收营养，植物在感知土壤中的氮、磷等营养元素浓度后，通过根的外表皮层和根毛细胞直接从土壤中吸收营养元素；第二种是植物通过与菌根真菌共生从外界环境中获取营养。

丛枝菌根共生是最普遍的一种共生关系，是植物从环境中高效获取营养的重要途径。丛枝菌根和植物建立共生关系与植物由水生向陆生进化发生在同一时期，是自然界中最古老的共生关系，对植物适应陆地环境具有重要的促进作用。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，对于植物磷营养获取以及自然界碳循环具有重要的影响。

王二涛研究组2017年发表在《科学》的研究工作表明，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矿质营养元素，尤其是磷元素的获取。

【我国农业生产中亟待解决的重大问题】

在本次研究中，研究人员以水稻菌根相关基因的启动子调控区域为诱饵，筛选水稻转录因子文库，首次绘制了丛枝菌根共生的转录调控网络，鉴定到多个调控丛枝菌根共生的新转录因子，其中转录因子PHRs处于该调控网络的核心位置。

有意思的是，研究人员还发现缺失磷元素感受器后，植物菌根共生的“自我调节”失灵。

为了获取粮食的丰收，农业生产施加了大量的含磷化肥，严重污染了生态环境，这是我国农业生产中亟待解决的重大问题之一。通过提高PHR基因的表达，有望达到增加水稻直接吸收磷营养和间接通过丛枝菌根共生吸收磷营养的目的，降低农业磷肥的施用，为农业生产的可持续发展提供新的方案。

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