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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平和彭丽媛出席特朗普总统夫妇举行的欢迎宴会

  • 习近平同美国总统特朗普小范围交流

独家策划

推荐阅读
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
在中国科学院院士、中国工程院院士李德仁看来,不仅要星与星互联,还要把通信、导航、遥感、算力四种异构卫星“联”成一体。
2026-09-24 09:28
9月23日,当太阳行至黄经180度时,我们迎来二十四节气中的第十六个节气——秋分。
2026-09-23 09:19
实施藏粮于地、藏粮于技战略并非抽象概念,它实实在在体现在产量、装备和技术水平的变化里。
2026-09-23 09:14
一只烂苹果长出小蘑菇,竟一路“走”向太空育种;一辆由大学生制造组装的方程式赛车,让围观者眼里放光;一台智能交作业提醒机,出自中小学生之手……这些都是发生在2026年全国科普月活动上的真实片段。
2026-09-23 08:56
油炸薯条、烘焙咖啡等食品,日常生活中很常见,但高温加工过程会产生丙烯酰胺,这是一种需要加以控制的污染物。
2026-09-23 08:55
在自然灾害面前,我们需要确保两个“安全”——生命安全和财产安全。如何最大限度减少人员伤亡和财产损失,一直是我国防灾减灾救灾工作的重点。
2026-09-23 08:53
一个优良豆类品种的诞生,至少需1代杂交、6代自交,用传统育种方式得花10年左右。10年后的“新品种”,还能满足市场需求吗?尽可能缩短育种时间,才能减少不确定性。
2026-09-22 09:18
目前,“拉索”已联合“天关”“中国天眼”“银河画卷”等不同波段天文设施形成新的队伍,对重要科学问题进行攻关。
2026-09-22 09:09
记者从中国地质大学(北京)邢立达课题组获悉,中外科学家团队在安徽下三叠统南陵湖组地层中发现巨型鲎类遗迹化石。
2026-09-22 09:01
西北大学地质学系研究员韩健等联合国内外研究学者,在距今5.18亿年的云南澄江生物群中发现了步带动物新物种——胶膜玉净虫。
2026-09-22 09:00
在甘肃科技馆的科学市集“创想驿站”,兰州市第二十二中的段延浩站在自己制作的模型前,沿着风机、太阳能板、储电仓一路介绍。
2026-09-22 08:59
“面向智能社会的科学素质:机遇、挑战与变革”
2026-09-22 08:07
2026科普中国智库论坛暨第三十二届全国科普理论研讨会
2026-09-21 17:29
棘皮动物辐射对称,具钙化骨骼和管足;半索动物两侧对称,身体柔软并保留鳃裂。由此推论,步带动物两个门类的共同祖先并非此前推测的无触手蠕虫状动物,实际上部分类群已经具有较为发达的滤食附肢。
2026-09-21 09:23
弘扬科学家精神,既要有庄重的纪念,也需要在生活中讲好具体的、鲜活的人和故事。
2026-09-21 09:18
20日,在由中国科普研究所主办的2026科普中国智库论坛暨第三十二届科普理论研讨会上,数项新成果——《国家科普能力发展报告(2024—2025)》、《中国公民科学素质报告(2025—2026)》、《科普服务高质量发展智库报告》、《鼎新致远:科普服务高质量发展的实践探索》、“科普人才培养丛书”及《中国科幻发展年鉴2026》发布。
2026-09-21 09:16
加载更多