携手健康网携手健康网

研究团队使植物营养素输送取得突破

当大多数人想到真菌时,这种想法通常是不好的,转向比真正有用的损害更大的事物。然而,真菌在植物生命的生长和发育中起着至关重要的作用,已经存在了数百万年。长期以来,科学家一直知道与约90%的陆地植物和谐共存并在其根系中起关键作用的丛枝菌根(AM)真菌负责将所需的磷酸盐带入植物,以帮助其生长。

但是,现在,得益于德克萨斯理工大学原生态和土壤科学系的德州理工大学作物非生物胁迫耐受性基因组学研究所(IGCAST)和南京农业大学作物遗传与种质国家重点实验室的科学家们的发现增强作用,即共生作用可能会更进一步。

该研究小组的成员包括南京农业大学的徐国华教授,陈爱群教授和冯惠敏博士,以及植物基因组学主席,IGCAST主任路易斯·埃雷拉·埃斯特雷拉(Luis Herrera-Estrella),助理教授DamarLópez-Arredondo,发现AM真菌还充当植物的氮供应者,负责将硝酸盐从真菌运输到植物的蛋白质(NPF4.5),这种共生的硝酸盐途径和蛋白质的功能存在于农作物中,例如如水稻,可能还有其他大多数植物。

美国国家科学院院刊(PNAS)最近发表了论文 “ OsNPF4.5硝酸盐转运蛋白的功能分析揭示了植物中氮素的保守菌根途径”的结果。

Xu强调了他们的发现,在高氮供应水平下,真菌的定植效率,植物生长的促进和养分的吸收得以维持甚至增强,这与高磷酸盐抑制的定植相反,表明菌根途径对提高氮素利用效率的总体贡献在不同的N存在下。

这一发现可能会导致开创性的农业实践,从而减少作物生产所需的氮肥用量,这将有助于减少生产成本,并通过减少农用化学品的使用来保护环境。

Herrera-Estrella说:“在我们的研究中,我们发现硝酸盐转运蛋白包含在许多植物物种中,并且被玉米,高粱和其他几种植物物种中的菌根协会激活。“根据我们的数据,我们建议硝酸盐运输发生在许多(即使不是大多数)植物物种中,并且蛋白质在该过程中起着关键作用。”

亿万年前,当植物从水生植物移居并开始占领土地时,它们缺乏牢固的根系成为获取水和养分的障碍。Herrera-Estrella说,化石证据表明,在进化过程的早期,陆地植物就与菌根真菌建立了联系,这通过促进矿物质营养和水分吸收以及增加对生物和非生物胁迫的耐受性来帮助提高寄主植物的适应性。

但是,Herrera-Estrella指出,过去的研究发现,植物与AM真菌之间的共生关系在磷酸盐利用率低的土壤中最活跃,而在营养水平高的土壤中却受到抑制。这意味着高度施肥的耕作作物会明显减轻或完全抑制了菌根的影响。

该研究的目的是确定菌根是否可以为植物提供其他营养素,例如氮。间接证据表明,真菌可以为植物提供铵盐(NH4 +)作为氮源,但该真菌很快被好氧土壤中的微生物转化为硝酸盐(NO3-)。这意味着在大多数土壤条件下,硝酸盐是供给植物的氮的主要形式。

为了测试硝酸盐的转移能力,研究人员使用氮同位素确定了真菌吸收硝酸盐并将其输送到植物中摄入的能力。研究人员还鉴定了与菌根真菌结合时在水稻根部特异性活化的基因(NPF4.5),并能够通过产生不具有该转运基因的水稻突变体来鉴定该基因在硝酸盐传递中的作用。

陈博士说:“我们发现,当该基因失活后,植物从真菌中获得的硝酸盐量将大大减少。” “因此,我们在功能上证实了NPF4.5是氮从真菌向植物的运输中的重要蛋白质。我们还通过植物转化产生了水稻,在没有菌根的情况下富含NPF4.5蛋白质。我们研究人员发现,这些转基因植物在含硝酸盐的培养基中生长时,与正常植物相比,可以产生更多的生物量,并显示出更高的氮吸收效率。”

研究人员估计,由于菌根途径,含有植物与真菌之间的菌根关系的水稻可以吸收其40%以上的氮,而特定的硝酸盐转运蛋白基因NPF4.5约占菌根硝酸盐吸收的45%。

洛佩斯·阿雷东多(López-Arredondo)说,该项目的下一步将是在田间条件下测试转基因植物,并深刻理解当植物与真菌结合时能特异性激活NPF4.5硝酸盐转运蛋白基因的机制,并发现化学信号。该真菌发送到专门激活此,可能需要这种互动等营养转运蛋白基因植物。

墨西哥Cinvestav的名誉教授,美国国家科学院院士Herrera-Estrella表示:“这是德州理工学院与南京农业大学之间的有趣而富有成果的合作。”“这种类型的国际合作可以促进进步科学。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。