我们离减少化学施肥污染又近了一步

在农业领域中，过度施肥会导致严重的环境问题。肥料中未被利用的磷会流入农田附近的河流或湖泊中。水体中的植物会因此过度生长，使水体的含氧量急剧下降，进而导致水生动物因缺氧而死亡。

9月2日，来自博伊斯汤普森植物研究所（Boyce Thompson Institute，简称BTI）的研究者在《自然·植物学》杂志上发表论文称，他们对植物中一对基因的功能的认识，或可以帮助农民提高磷酸肥的利用率，从而减少施肥所带来的环境污染问题。

该研究来源于康奈尔大学综合植物科学学院的副教授Maria Harrison对与植物共生的丛枝菌根（AM）真菌的研究。AM真菌定居在植物的根部，为植物用脂肪酸交换磷酸盐和氮提供了一个界面。这种真菌还可以帮助植物从压力环境——如干旱期——中恢复过来。但用脂肪酸供养AM真菌是十分耗能的，因此植物往往需要将定植维持在可控范围之内。

在探索植物如何控制真菌定植数量的过程中，Harrison和她实验室的博士后Lena Müller研究了编码短蛋白——CLE肽（存在于植物的茎干和远缘短轴细胞中）的基因。CLE肽参与了植物的发育和对压力的应激过程，而且存在于整个植物王国中。

研究者发现，两种CLE基因是调节AM真菌共生的关键，其中之一是CLE53，负责在植物根部被定植的时候使定植率降低；另一种是CLE33，会在植物有足够的磷酸盐时使定植率降低。“控制真菌在植物根部的定植水平以及在磷酸盐浓度很高的情况下也可以维持真菌与植物之间的共生关系对农民来说或许很有用。”Harrison说，“举例来说，你或许想在提高植物对磷酸盐的吸收率的同时，保留AM真菌带来的其它好处，而改变CLE多肽的水平就可以做到这一点。”

Müller证明，CLE肽经由受体蛋白SUNN发挥作用。她与阿姆斯特丹大学的Harro Bouwmeester和Kristyna Flokova合作，发现这两种CLE肽可以调节植物合成一种名为独角金内酯（strigolactone）的化合物。当植物将独角金内酯分泌到周围土壤中后，它就会调节AM真菌在植物根部的生长和定植。一旦根部被定植或四周环境中磷酸盐过多，CLE基因则转过来抑制独角金内酯的合成从而减少真菌的定植。“早在2000年，研究者就发现植物能够检测并减少真菌的定植。”Müller说，“但直到现在，我们才知道了这背后真正的机制。”

下一步，研究者计划鉴定出使CLE基因活化的分子。Müller还计划将本研究中的两种CLE肽与具有不同功能的CLE肽进行比较。Müller说:“CLE肽之间非常相似，但它们的功能完全不同。这其中的原因将非常有趣。”

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编译：Max 

审稿：三水  

责编：张梦

期刊来源：《自然·植物学》

期刊编号：2055-026X

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/bti-pgd083019.php

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