PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！

在自然土壤生态系统中，大多数陆地植物可与丛枝菌根（AM）真菌形成共生共生关系，以更好地适应有限的营养条件（Science | Leho Tedersoo教授深度解读菌根共生如何驱动植物群落生态！Nat. Commun. | 重磅！Francis Martin团队揭示菌根真菌共生特征趋同进化的分子机制！Francis Martin院士点评：专注菌根共生数十年，从蘑菇采摘到基因组处理）。AM缔合是一种内共生过程，需要两种共生体进行分化才能在植物根细胞内产生新的接触界面。在AM共生中，真菌菌丝穿透根部表皮，穿过根部的细胞间空间生长，然后侵入皮质细胞，形成丛枝。皮层细胞发育出丛周膜（PAM）将每个分支菌丝包裹起来，将真菌与植物细胞质分开，从而形成了专门用于营养交换的广泛的植物-真菌界面（瑞士弗里堡大学最新研究揭示丛枝菌根真菌和病原真菌之间的相似性和差异性！Nature Reviews Microbiology | 权威综述解读菌根共生中的独特和共同特征）。AM共生形成后，菌根植物有两种养分吸收途径，要么通过根毛和根表皮直接从土壤中吸收，要么通过植物-真菌界面处的AM真菌菌丝间接吸收。已证明AM真菌在共生植物中占磷吸收的主导地位（Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！PNAS | 重磅!研究揭示肉豆蔻酸让菌根真菌非共生培养成为可能！ISME | 新方法揭示宿主需求如何影响真菌的营养转移策略！）。

氮是植物生长发育的最重要营养元素。植物根部吸收的氮的主要形式是好氧旱地土壤中的硝酸盐（NO-）和淹水土壤中的铵（NH4+）。越来越多的报告表明，AM真菌可以从周围土壤中吸收NO3-和NH4+以及有机N形式（Science | 菌根真菌可以塑造生态系统对环境变化的反应！）。尽管AM共生中的氮转移已受到越来越多的关注，但AM介导的氮吸收途径的潜在机制仍然未知。

水稻是一种半水生作物，可以在水淹稻田和高地条件下生长，是世界上最重要的粮食作物之一。与大多数维管束开花植物一样，水稻也继承了在有氧生长条件下能被AM真菌定殖的能力。此外，研究表明接种AM真菌的水稻植物的生物量显著提高。由于可获得基因敲除的技术和特定基因的过表达株系，水稻是研究菌根氮吸收途径对植物生长和共生相互作用的良好模型。

国际权威期刊PNAS发表了南京农业大学徐国华和美国德州理工大学Luis Rafael Herrera-Estrella团队的相关研究成果，题为Functional analysis of the OsNPF4.5 nitrate transporter reveals a conserved mycorrhizal pathway of nitrogen acquisition inplants的研究论文。

在这篇论文中，科研人员报道了AM真菌的接种显著促进了水稻的生长和氮素的吸收，并且在NO3-供应条件下，通过根系共生途径可传递约42％的水稻根系氮素。菌根定殖强烈诱导水稻根系中假定的硝酸盐转运蛋白基因OsNPF4.5的表达，以及其玉米中的直系同源物ZmNPF4.5和高粱中的SbNPF4.5。科研人员还揭示了水稻OsNPF4.5及其与其他双子叶植物和单子叶植物的直系同源物之间的二级结构和潜在参与NO-结合和转运的残基的高度保守性。OsNPF4.5仅在含有丛枝的细胞中表达，并且在非洲爪蟾卵母细胞中表达时显示出低亲和力的NO3-转运活性。此外，敲除OsNPF4.5会导致共氮吸收量降低45％，而将NO3-作为氮源供应时，丛枝发生率显著降低。根据结果，科研人员证明NPF4.5在菌根NO3-的获取中起关键作用，在禾本科物种中可能高度保守的。

水稻菌根和非菌根的RNA测序分析

AM真菌定殖促进了水稻生长和硝酸盐的吸收

OsNPF4.5对AM共生反应的组织特异性表达检测方法

OsNPF4.5在体外和体内的功能表征

OsNPF4.5丧失功能突变体的生理分析

AM共生体中N的摄取、同化和转移的模型

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