点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:植物“自我调节”磷吸收也会“一石二鸟”
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

植物“自我调节”磷吸收也会“一石二鸟”

来源:《中国科学报》2021-10-14 09:30

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  该论文登上《细胞》封面。受访者供图

  记者 李晨 ■黄辛

  磷是植物生长发育必需的三大营养元素之一。植物能根据自身的磷营养状态调控其与丛枝菌根真菌之间的共生,这被称为菌根共生的“自我调节”。但“自我调节”的分子机制是什么,一直困扰着科学家。

  10月12日,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《细胞》上发表封面论文称,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(根途径)和共生磷营养吸收途径(共生途径)均受植物的磷信号网络统一调控,回答了菌根共生领域“自我调节”这一科学问题。

  论文审稿人认为,这项研究结果具有原创性且非常有趣,是菌根共生研究领域的一次重大突破。

  古老共生为植物提供七成磷

  磷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实现增产,但这样做也造成了严重的环境污染。

  王二涛介绍,植物主要通过两种途径获取营养。

  一是植物根系直接从土壤吸收营养,即根途径。这时,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。二是植物通过与菌根真菌共生,从外界环境中获取营养,即共生途径。

  “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。”王二涛说,丛枝菌根共生是最普遍的一种共生,是植物从环境中高效获取营养的重要途径。

  相关研究表明,植物和丛枝菌根真菌建立共生关系,与植物由水生向陆生进化发生在同一时期。这既是自然界中最古老的共生关系,也是植物适应陆地环境关键事件之一。

  “自我调节”机制之谜

  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磷等营养元素的吸收。

  科学家发现磷酸盐饥饿响应因子(PHR)是调控植物根途径磷元素吸收的核心转录因子。在低磷条件下,PHR能够结合在低磷响应基因启动子的P1BS元件上,激活低磷响应基因的表达,增加植物磷元素的吸收。植物体的磷元素感受器SPX通过与PHR之间的互作,抑制植物的低磷响应。

  那么,这一核心转录因子在间接营养吸收途径中会不会也扮演着一定角色?

  一个开关“管”两种途径

  王二涛告诉《中国科学报》,他们在这项研究中,以水稻菌根共生相关基因的转录调控区域为诱饵,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,结果鉴定到多个参与调控丛枝菌根共生的转录因子。其中,PHR处于该调控网络的核心。

  进一步研究发现,PHR通过P1BS元件直接调控菌根共生相关基因的表达,从而正向调控水稻—丛枝菌根共生。该研究还发现PHR过量表达植株和磷感受器SPX的突变体都表现出对高磷处理抑制菌根共生的不敏感性,表明高磷是通过PHR-SPX模块抑制菌根共生。

  论文审稿人指出:“作者鉴定了一个整合266个转录因子的菌根共生调控网络,其中PHR处于网络的核心。该成果是菌根共生领域一次巨大的概念突破,为该领域开辟了新的研究方向。”

  论文审稿人认为,该研究提供了控制菌根共生转录调控网络的全面视图,揭示了植物磷信号的关键组分PHR2-SPX1在菌根共生不同阶段的核心作用。

  王二涛表示,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磷营养吸收的目的,降低农业磷肥的施用,为农业生产的可持续发展提供新方案。

  专家认为,解析主要作物水稻中菌根共生调控机制,可产生重要的社会影响。希望这项研究能够促进根瘤共生领域开展类似的研究,揭示氮信号和根瘤共生的关系。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 距乌镇峰会开幕还有2天!

  • 熊猫搬新“家” 我国再添一座大熊猫基地

独家策划

推荐阅读
为确保航天员生命健康安全和任务圆满成功,经研究决定,原计划11月5日实施的神舟二十号返回任务将推迟进行。
2025-11-05 10:59
4日,国务院安委会办公室、应急管理部、国家消防救援局在京举行2025年全国消防宣传月活动启动仪式。
2025-11-05 04:20
当前,人工智能作为引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,深刻改变人类生产生活方式。
2025-11-05 03:50
近日,搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,发射任务取得圆满成功。
2025-11-05 04:20
科技论文是衡量科技创新水平的重要指标。
2025-11-05 04:20
近年来,中国审定推出了一批高产稳产、绿色节水、优质专用小麦新品种。2021年,这一情况出现了转变:“圣泽901”“广明2号”“沃德188”等3个国产白羽肉鸡品种通过审定,中国白羽肉鸡育种攻关实现从0到1的实质性突破。
2025-11-04 09:06
党的二十届四中全会提出,“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”“加快经济社会发展全面绿色转型,建设美丽中国”。
2025-11-04 04:25
人工智能的出现源于人类对提升生产效率与改善生活品质的持续追求,这一根本动因要求其发展必须始终以服务人类、增进福祉为核心。
2025-11-04 04:25
如何在新学期开展针对性训练,做好运动前准备和运动后体能恢复,已成为受到广泛重视的问题。
2025-11-04 04:25
我所在的他山中学,是贵州黔北山区的一所普通县中,有着4000多名师生。作为校长,我常常在思考:在现有条件下,如何为学生开辟更广阔的成长路径?在日复一日的探索中,
2025-11-04 04:25
11月3日11时47分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将遥感四十六号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-11-04 04:35
鸟类是生态系统的重要组成部分,是评估区域生态环境质量的关键指示物种,保护鸟类是推动人与自然和谐共生的关键环节。我国是世界上鸟类资源最为丰富的国家之一,
2025-11-03 05:05
人民城市人民建,人民城市为人民。2025年7月,中央城市工作会议指出,“要深刻把握我国城市发展所处历史方位”,“认真践行人民城市理念”,“以建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、
2025-11-03 05:05
“从南极到北极,从草原到荒漠,到处都有昆虫的踪迹……”第三十二届中国杨凌农业高新科技成果博览会期间,西北农林科技大学博览园昆虫博物馆内,参会观众被讲解员李姗姗的讲述深深吸引。
2025-11-03 05:05
4日,神舟二十号和神舟二十一号航天员乘组进行交接仪式,两个乘组移交了中国空间站的钥匙。
2025-11-05 04:20
近日,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌“石板滩生物群”研究中取得重要进展,发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统,
2025-11-03 05:05
秋水长天间,太湖正激荡起智能时代的万千涟漪。日前,以“万物智联,无尽前沿”为主题的2025世界物联网博览会在江苏无锡举办,一场关于万物智联的对话就此展开——人工智能如大脑般睿智思考,物联网似躯体般敏捷连接,当人工智能与物联网双向奔赴,万物就有了“感知”,人类正迎来一个全新智能时代。
2025-11-03 05:05
秋冬之际,正是候鸟迁徙之时。不知你有没有发现,从我们头顶飞过的候鸟,比以前更多了! 2024年全国水鸟同步监测结果显示,我国越冬水鸟总数达505.9万只,创最高纪录。
2025-11-03 05:05
HPV疫苗自2025年11月10日正式纳入国家免疫规划,2011年11月10日后出生的满13周岁女孩可以免费接种双价HPV疫苗。
2025-10-31 10:16
近日,飓风“梅利莎”横扫加勒比地区,成为近年来影响该地区最猛烈的飓风之一。
2025-10-31 10:14
加载更多