Nature Communications | 研究揭示植物磷饥饿反应促进丛枝菌根共生的调控机制！

磷 (Pi) 对植物的生长、产量和生存至关重要，但在大多数土壤中，植物对它的利用度很低。为了促进Pi的获取，80%的陆地植物与具有4.5亿年历史的丛枝菌根 (AM) 共生体中的球囊霉亚门真菌相关联，其中真菌提供矿物质营养以换取碳。AM共生体还可以提高植物的抗逆性和土壤稳定性，使AM成为可持续农业实践的有希望的补充。共生植物通过AM真菌 (AMF)获得大部分磷酸盐。真菌通过地下菌丝网络收集Pi，并通过丛枝将其释放到根皮层内。几十年来已经观察到，当植物Pi状态较高时，AM共生会受到抑制，可能会节省碳。然而，将植物Pi状态与AM共生发育和功能联系起来的分子机制在很大程度上仍然难以捉摸。在 Pi 缺乏的情况下，植物会激活一系列适应性反应，包括转录、代谢和发育变化。其中大部分是由磷饥饿反应 (PHR) 蛋白控制的，该蛋白首先在AM无定殖拟南芥和单细胞藻类莱茵衣藻中发现。PHR属于MYB转录因子 (TF) 家族，并与磷酸盐饥饿诱导 (PSI) 基因启动子中的PHR1结合位点 (P1BS) 基序 (GNATATNC) 结合。有趣的是，在 百脉根中P1BS基序也在根皮层细胞丛枝发育过程中诱导的几个基因的启动子中发现，通常与CTTC/MYCS基序结合，这些基序由AM诱导的WRINKLED TF结合。因此，科研人员假设PHR可能调节Pi响应性AM发育。

2022年1月25日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了德国慕尼黑工业大学Caroline Gutjahr（The Plant Journal | 如何塑造土壤微生物群落？）团队，与贵州大学和香港中文大学深圳研究院科研团队合作的最新相关研究成果，题为PHOSPHATE STARVATION RESPONSE transcription factors enable arbuscular mycorrhiza symbiosis的研究论文。

丛枝菌根（AM）是大多数陆地植物的根与球囊菌属真菌之间广泛共生的一种。AM对生态系统健康和功能非常重要，因为真菌通过提供必需的矿物质营养素，特别是难以获得的磷酸盐来交换有机碳，从而对植物性能起到关键性的支持作用。AM真菌在根部内部定殖，这在植物磷酸盐状态较低时得到促进，但在植物磷酸盐状态较高时受到抑制，而这种磷酸盐依赖性的机制基础仍然不清楚。本研究证明了水稻磷饥饿反应的主要转录调节因子PHR2调节AM。phr2突变体的根部定殖显著减少，并且PHR2是田间土壤中根部定殖、菌根磷酸盐吸收和产量增加所必需的。PHR2通过靶向接触前信号、根部定殖和 AM 功能所需的基因来促进 AM。因此，这种重要的共生关系直接与PHR2控制的植物磷饥饿反应有关。

图 1：PHR2突变和过表达对AM真菌根系定殖的影响

图 2：非定殖根的PHR2依赖性转录组包含AM发育所需的基因

图 3：PHR2靶向重要的AM共生基因

图 4：PHR1A是AM完全定殖所必需的

图 5：PHR2影响田间土壤中AM介导的磷酸盐吸收和产量

图 6：PHR2调节AM共生的模型

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