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北京時間今天深夜，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)隊在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上發(fā)表封面論文，首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這是繼2017年《科學(xué)》（Science）和2020年《自然》（Nature）后，團(tuán)隊取得的又一重大科研進(jìn)展，同時也是《細(xì)胞》創(chuàng)刊以來在該領(lǐng)域發(fā)表的第一篇論文，夯實了中國科學(xué)家在水稻-叢枝菌根共生前沿基礎(chǔ)研究的領(lǐng)跑地位。

據(jù)介紹，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)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，目前主要依靠大量施加氮肥和磷肥來實現(xiàn)增產(chǎn)，但同時也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

而大多數(shù)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)，稱為直接營養(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叢枝菌根真菌共生從外界環(huán)境中獲取營養(yǎng)，稱為間接營養(yǎng)吸收途徑。

植物和叢枝菌根真菌建立共生與植物由水生向陸生進(jìn)化發(fā)生在同一時期，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。過去50多年的研究發(fā)現(xiàn)：植物根據(jù)自身的磷營養(yǎng)狀態(tài)調(diào)控其與叢枝菌根真菌之間的共生，研究人員稱為菌根共生的“自我調(diào)節(jié)”，但其調(diào)節(jié)機制未知。

王二濤研究組的最新研究工作表明，植物直接磷營養(yǎng)吸收途徑（根途徑）和共生磷營養(yǎng)吸收途徑（共生途徑）均是受到植物的磷信號網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一調(diào)控，并首次繪制了水稻-叢枝菌根共生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，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)問題。

基于這一成果，科學(xué)家和育種專家可以通過提高PHR基因的表達(dá)，有望達(dá)到增加水稻直接吸收磷營養(yǎng)和間接通過叢枝菌根共生磷營養(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。

值得一提的是，近幾年，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心連出重量級研究成果，國慶前夕，中心何祖華研究團(tuán)隊經(jīng)過15年不懈追蹤，破解了水稻廣譜抗病新機制。作為何祖華的學(xué)生，王二濤不斷在豆科植物-根瘤共生和植物-菌根共生領(lǐng)域深耕，取得多個可以寫入教科書級的研究成果。在他看來，所在的分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心所打造的科研環(huán)境是重要的支撐，非常有利于年輕人的成長，不斷在基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域邁進(jìn)。

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