唐明教授团队在丛枝菌根磷营养转运机制方面取得新进展

审核发布:宣传部 曾子焉 来源单位及审核人:宣传部 郭灼 发布时间:2022-01-24浏览次数:10

  2022年1月17日,国际权威学术期刊New Phytologist(IF2020=10.152,生物学一区Top)在线发表了我校林学与风景园林学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、岭南现代农业科学与技术广东省实验室唐明教授团队题为“A SPX domain-containing phosphate transporter from Rhizophagus irregularis handles phosphate homeostasis at symbiotic interface of arbuscular mycorrhizas”的研究论文。文章报道了丛枝菌根真菌异形根孢囊霉中一个含有SPX结构域的磷酸盐转运蛋白RiPT7参与丛枝菌根共生界面磷平衡与输出过程,调节菌根共生体发育和提高菌根植物对土壤磷的摄取,揭示了丛枝菌根真菌精细调控共生界面磷营养转运新的分子机制。

  丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal,AM)真菌改善植物磷素营养的分子机制是植物微生物学长期关注的前沿热点科学问题,长期以来,国内外学者对丛枝菌根磷吸收途径的研究主要集中于宿主植物磷转运过程,其次是AM真菌根外菌丝中磷吸收与转运过程,而对AM真菌磷转运基因参与丛枝中磷酸盐转运过程的研究尚不充分,尤其是丛枝中的磷酸盐被卸载到环丛枝空间的分子机制仍不清楚,因此,本研究以课题组近年来对AM真菌PHT1型磷转运受体、PHO1型磷转运子及AM特异性PHT1型磷转运子正调控AM途径磷吸收与转运过程等系统性研究工作为基础,进一步提出理解AM共生体中磷酸盐输出转运过程与AM真菌调控共生界面磷代谢平衡的分子机制等重要问题。

  研究发现异形根孢囊霉中RiPT7蛋白是由1个SPX结构域和12个跨膜结构域组成的磷酸盐转运子,在真菌物种中保守进化。RiPT7定位于真菌细胞膜上,通过自身SPX结构域调节细胞内外磷酸盐的转运和平衡。将SPX结构域RiSPX287和跨膜结构域RiPF939从RiPT7中分离出来,通过酵母异源表达发现,RiSPX287的缺失并不影响RiPF939在酵母细胞膜中的定位。在缺磷条件下,RiPT7蛋白被内吞到液泡中降解;当环境中磷浓度较高时,RiPT7转运子促进酵母细胞吸收磷酸盐,而RiSPX287则表现为抑制磷酸盐的转运。以上结果表明RiPT7作为一种重要的无机磷酸盐双向转运蛋白,并通过其自身SPX结构域精细调控真菌磷酸盐的转运与平衡。

  进一步利用病毒诱导基因沉默(VIGS)和宿主诱导基因沉默(HIGS)技术失活RiPT7基因,结果导致根内菌丝含隔膜(AM真菌菌丝死亡的标志)、丛枝过早降解和泡囊丰度减少,表明RiPT7是维持AM真菌在根内生长和丛枝发育的重要基因。研究还发现沉默RiPT7会抑制AM真菌中磷信号(Phosphate-responsive signaling, PHO)途径中磷响应和磷转运相关基因以及多聚磷酸盐降解相关基因的转录活性; RiPT7的失活却激活了多聚磷酸盐合成相关基因的表达,进而影响丛枝的发育和AM共生界面磷酸盐稳态。

  研究揭示了AM真菌中SPX型磷转运蛋白具有磷酸盐吸收与卸载的双重功能,并能通过其自身SPX结构域精细调控真菌体内磷酸盐的平衡;在中低磷条件下,RiPT7转运子是AM共生界面磷酸盐输出转运的重要组分之一。研究填补了丛枝菌根卸载磷酸盐到环丛枝空间过程的分子机制的空白,为AM真菌在中低磷土壤区域改善植物磷营养状况及其生产力的提升提供了理论依据。

  千赢体育林学与风景园林学院、亚热带国重室谢贤安副教授、研究生赖文珍为并列第一作者,千赢体育林学与风景园林学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室唐明教授为通讯作者,千赢体育林学与风景园林学院陈辉教授和胡文涛博士以及其他研究生参与了该工作。研究受到国家自然科学基金、岭南现代农业实验室项目、广州市重大科技计划以及千赢体育高层次人才计划等项目的资助。论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17973(文图/林学与风景园林学院


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