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                人才強校 | 張福鎖院士團隊袁力行教授課題組揭示叢枝菌根介導植物氮素吸收途徑的分子機制

                2022年07月28日 瀏覽次數:

                中國農大新聞網訊 7月26日,《植物細胞》(The Plant Cell)在線發表中國農業大學資源與環境學院、國家農業綠色發展研究院張福鎖院士團隊袁力行教授課題組題為《玉米銨轉運蛋白ZmAMT3;1介導菌根氮素吸收途徑》(The mycorrhiza-specific ammonium transporter ZmAMT3;1 mediates mycorrhiza-dependent nitrogen uptake in maize roots)的研究論文。

                該研究從玉米中鑒定到一個AMF特異誘導表達的銨轉運蛋白ZmAMT3;1,通過介導植物-菌根共生界面上銨態氮轉運,將氮素從真菌運輸到植物,對植物高效獲取土壤氮素有重要貢獻。該機制的發現為通過植物-微生物互作提高作物氮效率提供了新的思路。

                近80%的陸生植物都能夠與叢枝菌根真菌 (AMF) 形成互惠互利的菌根共生體。這種古老的共生關系在 4 億年前植物征服陸地時就進化而來,比植物根系還更早出現。在AMF定植的根中,內生菌絲在皮層細胞形成叢枝,并被叢枝周膜所包圍。許多植物轉運蛋白特異性地定位在叢枝周膜上,介導營養元素從菌根向植物根中轉運。對于菌根植物來說,除了根系直接吸收途徑,還能夠通過菌根途徑來高效獲取土壤養分。然而,菌根介導氮吸收途徑的分子機制與生理貢獻尚不清楚。

                作者首先通過轉錄組在玉米中鑒定到一個菌根誘導的銨轉運蛋白基因ZmAMT3;1,其編碼蛋白特異性定位到植物-菌根共生界面的叢枝周膜上。ZmAMT3;1蛋白具有高親和銨轉運活性,跨膜轉運中性氨分子(NH3)分子,介導了氮素從菌根向植物的轉運。溫室和大田試驗證明ZmAMT3;1介導的菌根氮吸收途徑對玉米氮營養有重要貢獻。并且,菌根還可以下調根系直接吸收蛋白ZmAMT1s的豐度與活性,從而權衡調控兩條途徑對植物氮營養的貢獻。

                定位叢枝周膜的ZmAMT3;1蛋白介導氮素從菌根向植物的轉運

                本文闡明了高親和銨轉運蛋白ZmAMT3;1介導根系-菌根共生界面氮轉運的分子機制,明確并定量解析了ZmAMT3;1介導菌根氮途徑的重要生理貢獻,揭示植物權衡與菌根氮途徑的新穎機制。這些研究結果不僅闡明了植物依賴菌根介導的氮素吸收途徑的分子機理和調控機制,也為農業生產中利用植物-微生物相互作用提高作物氮利用效率提供了新的途徑。The Plant Cell以“In brief”的形式對該研究進行了重點推介。

                菌根介導植物氮吸收途徑的分子機制與調控

                中國農業大學袁力行教授為通訊作者,博士生惠靜為論文第一作者。德國霍恩海姆大學Waltraud Schulze、Uwe Ludewig 教授,澳大利亞西澳大學Hans Lambers教授,中國農業大學張福鎖、馮固、陳范駿教授等參與了研究。相關工作得到了“十四五”國家重點研發計劃(2021YFF1000500)、國家自然科學基金項目(31471934)和中德國際合作項目AMAIZE(328017493/GRK843 2366)的資助。

                袁力行教授課題組長期致力于植物銨轉運蛋白(AMT)的生物學功能與調控研究,近三年來取得了一系列進展。發現不同類型的非編碼RNA能夠共同作用AMT1;1基因的轉錄本穩定性(Zhang et al., 2020, Plant J); 發現銨、硝信號能夠驅動AMT蛋白C末端多位點磷酸化修飾,協同調控根系銨吸收能力(Wu et al., 2019,JXB)。課題組還發現AMT蛋白可以協同介導銨誘導的高親和銨吸收與側根發育,從而增強根系氮素獲取能力(Wu et al., 2022, PCP; Hui et al., 2022, JIA)。這些認識對充分挖掘根系氮高效生物學潛力具有重要指導意義和科學價值。

                原文鏈接:

                https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac225/6650110

                https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac221/6650101

                供稿:資源與環境學院 惠靜

                供圖:資源與環境學院 惠靜

                編輯:李楊

                責編:于哲

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                西安市审计局