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中國(guó)青年報(bào)客戶端10月13日電（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 王燁捷）北京時(shí)間10月12日晚23時(shí)，中科院分子植物卓越中心王二濤研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上發(fā)表題為“A phosphate starvation response-centered network regulates mycorrhizal symbiosis（磷信號(hào)中樞網(wǎng)絡(luò)調(diào)控菌根共生）”的封面論文。這一研究，首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)植物直接磷營(yíng)養(yǎng)吸收途徑（根途徑）和共生磷營(yíng)養(yǎng)吸收途徑（共生途徑）均是受到植物的磷信號(hào)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一調(diào)控，回答了菌根共生領(lǐng)域“自我調(diào)節(jié)”這一困擾領(lǐng)域的重要科學(xué)問(wèn)題。

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)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(guò)程。目前，在全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，主要依靠大量施加氮肥和磷肥來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，但同時(shí)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。《科學(xué)》雜志2018年的一篇學(xué)術(shù)論文顯示，從1946年至2016年，全球磷肥使用量劇增，從1946年的一千萬(wàn)噸暴漲至2016年的1億4000萬(wàn)噸。與此同時(shí)，磷肥帶來(lái)的環(huán)境污染、水體污染、糧食污染等問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，且磷礦不可再生。

如果能找到一種既能提高植物磷營(yíng)養(yǎng)吸收能力，又不使用磷肥的新方法，就能在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)減少環(huán)境污染。王二濤團(tuán)隊(duì)所作的研究，恰恰就找到了這種全新的可能性。

植物本身主要通過(guò)兩種途徑獲取營(yíng)養(yǎng)：第一種是植物根系直接從土壤吸收營(yíng)養(yǎng)，稱為直接營(yíng)養(yǎng)吸收途徑；植物在感知土壤中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素濃度后，通過(guò)根的外表皮層和根毛細(xì)胞直接從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)元素。第二種是植物通過(guò)與菌根真菌共生從外界環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)，稱為間接營(yíng)養(yǎng)吸收途徑。

王二濤團(tuán)隊(duì)的研究，聚焦于后者。植物和叢枝菌根真菌建立共生是自然界中最古老的共生關(guān)系，是植物適應(yīng)陸地環(huán)境關(guān)鍵事件之一。叢枝菌根共生是最普遍的一種共生，是植物從環(huán)境中高效獲取營(yíng)養(yǎng)的重要途徑，叢枝菌根真菌提供給宿主植物的磷元素占宿主植物總磷獲取量的70%以上。王二濤團(tuán)隊(duì)研究表明，在菌根共生中，宿主植物以脂肪酸的形式為菌根真菌提供碳源，而菌根真菌會(huì)幫助宿主植物增加對(duì)磷等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。

過(guò)去50多年的研究發(fā)現(xiàn)：植物可以根據(jù)自身的磷營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，自行調(diào)控其與叢枝菌根真菌之間的共生，但其調(diào)節(jié)機(jī)制未知。此前，有西班牙科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，PHR (Phosphate Starvation Response)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能夠激活低磷響應(yīng)基因的表達(dá)，增加植物磷元素的吸收。

王二濤團(tuán)隊(duì)研究的突破點(diǎn)在于，它首次繪制了叢枝菌根共生的轉(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，并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子PHRs處于該調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心。他們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PHRs可以通過(guò)低磷響應(yīng)基因啟動(dòng)子的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。

也就是說(shuō)，通過(guò)提高PHR基因的表達(dá)，有望達(dá)到增加水稻直接吸收磷營(yíng)養(yǎng)和間接通過(guò)叢枝菌根共生磷營(yíng)養(yǎng)吸收的目的，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)展提供新的方案。

《細(xì)胞》雜志審稿人認(rèn)為，這項(xiàng)研究技術(shù)可行，研究結(jié)果具有原創(chuàng)性且非常有趣，是菌根共生研究領(lǐng)域的一次重大突破。“作者鑒定了一個(gè)整合266個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的菌根共生調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其中磷信號(hào)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子PHR處于網(wǎng)絡(luò)的核心。該成果是菌根共生領(lǐng)域一次巨大的概念突破，為該領(lǐng)域的研究開(kāi)辟了新的研究方向。”審稿人認(rèn)為，解析主要作物水稻中菌根共生調(diào)控可產(chǎn)生重要的社會(huì)影響。

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