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磷是植物生長發(fā)育所需的重要元素，除了直接通過根系從土壤獲取，植物還通過與土壤微生物包括叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）以及植物根際的細菌群落的相互作用來獲取磷。AMF的定殖以及根際細菌群落的組成和功能受到植物本身的磷信號系統(tǒng)的調(diào)控，其中miR399（一類小RNA）和獨角金內(nèi)酯（strigolactones）信號途徑都參與植物中磷信號的傳遞。寄生植物菟絲子可以同時寄生鄰近的兩個甚至多個寄主植物（包括親緣關(guān)系較遠的寄主植物），建立菟絲子連接的植物群體（dodder-connected plants cluster）。在這個群體里，菟絲子可能介導(dǎo)不同寄主間系統(tǒng)性信號的傳遞。然而，菟絲子是否會在不同寄主之間傳遞磷饑餓引起的系統(tǒng)信號，進而影響寄主植物根部與AMF的共生以及根際細菌群落尚不清楚。

中國科學(xué)院昆明植物研究所吳建強研究團隊的最新研究結(jié)果表明，對菟絲子連接體系中的一株寄主植物進行缺磷處理，能夠顯著提高菟絲子相連的另一株不缺磷的寄主植物根部的AMF定殖效率，并且在煙草-菟絲子-煙草連接體系和黃瓜-菟絲子-煙草的連接體系中有同樣的結(jié)果，說明菟絲子介導(dǎo)保守的系統(tǒng)性磷信號傳遞，從而促進相連寄主的AMF定殖效率。團隊利用遺傳學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)miR399和獨腳金內(nèi)酯信號途徑負調(diào)控菟絲子介導(dǎo)的煙草植株間系統(tǒng)性磷信號傳遞，影響信號接收煙草植株的AMF定殖效率，以及根際細菌的豐度和群落功能。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，miR399和獨角金內(nèi)酯信號途徑共同調(diào)控的信號接收植株中的差異基因中部分基因參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控和酶活等生物功能。

通過miR399的莖環(huán)反轉(zhuǎn)錄和二代測序發(fā)現(xiàn)，缺磷處理信號發(fā)射者植株促進miR399在菟絲子連接體系中的煙草寄主和菟絲子之間移動。進一步發(fā)現(xiàn)，在缺磷處理的煙草植物中，獨角金內(nèi)酯途徑可能位于miR399的上游，抑制缺磷誘導(dǎo)的miR399的表達。

該研究從植物營養(yǎng)和系統(tǒng)性信號角度揭示了菟絲子連接的植物群體中菟絲子的生理學(xué)和生態(tài)學(xué)意義，對于理解菟絲子傳遞的磷相關(guān)系統(tǒng)性信號、植物與AMF和根際細菌群落互作以及營養(yǎng)吸收，具有較好的理論意義。

圖1.?該研究的模型概況簡圖。

該研究成果以MicroRNA399s and strigolactones mediate systemic phosphate signaling between dodder-connected host plants and control association of host plants with rhizosphere microbes為題在線發(fā)表在植物學(xué)國際雜志New Phytologist上，中國科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生趙漫為該論文第一作者，吳建強研究員和張井雄博士后為通訊作者。該項目得到國家自然科學(xué)基金項目、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重點項目、云南省振興人才支持計劃“云嶺學(xué)者”和“興滇英才”項目以及中國科學(xué)院西部之光計劃等項目經(jīng)費的支持。

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