紐約伊薩卡，2019年9月2日——農(nóng)田過度施肥是一個巨大的環(huán)境問題。施肥農(nóng)田中多余的磷經(jīng)常進入附近的河流和湖泊。水生植物的生長和繁榮會導(dǎo)致水中氧氣水平的降低，從而導(dǎo)致魚類死亡和其他有害影響。
博伊斯湯普森研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了一對植物基因的功能，這可以幫助農(nóng)民提高磷酸鹽的捕獲，從而減少與施肥有關(guān)的環(huán)境危害。
這項工作發(fā)表在9月2日的《自然植物》雜志上。
這一發(fā)現(xiàn)源于瑪麗亞哈里森對植物與叢枝菌根真菌共生關(guān)系的關(guān)注。BTI的威廉克羅克教授，康乃爾大學(xué)綜合植物科學(xué)學(xué)院兼職教授。
AM真菌定植于植物根部，形成植物交換脂肪酸磷和氮的界面。真菌還可以幫助植物從干旱等逆境中恢復(fù)。
但是用脂肪酸喂養(yǎng)AM真菌是昂貴的，所以植物不會讓這種定殖失控。
為了找出植物是如何控制真菌定殖數(shù)量的，在她的實驗室里，博士后科學(xué)家Harrison和LenaMller研究了苜蓿和短柄草屬植物中編碼一種叫做CLE肽的短蛋白的基因。
CLE肽參與細(xì)胞發(fā)育和對壓力的反應(yīng)，它們存在于整個植物界，從綠藻到開花植物。
研究人員發(fā)現(xiàn)，兩個CLE基因是AM真菌共生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。一旦根被定殖，一個名為CLE53的基因會降低定殖率。當(dāng)植物含有大量磷酸鹽時，另一個基因CLE33會降低定殖率。
哈里森說：“對農(nóng)民來說，控制真菌在植物根部的定殖水平，甚至在較高的磷酸鹽條件下也能保持共生關(guān)系，這可能是有用的。例如，您可能想要AM真菌的其他有益效果，例如氮吸收和干旱恢復(fù)，以及進一步吸收磷酸鹽。
“你可以通過改變植物中這些CLE肽的水平來實現(xiàn)這些好處，”Harrison補充道。
穆勒發(fā)現(xiàn)，CLE肽通過一種叫做SUNN的受體蛋白發(fā)揮作用。在與阿姆斯特丹大學(xué)的哈羅布維斯特(Harro Bouwmeester)和克里斯蒂娜弗洛科娃(Kristyna Flokova)的合作中，她發(fā)現(xiàn)兩種CLE肽可以調(diào)節(jié)一種叫做strigolactone的化合物的植物合成。
植物的根向土壤中滲透糙伏毛內(nèi)酯，這種化合物刺激AM真菌的生長并定居在根中。一旦根部定殖或有足夠的磷酸鹽，CLE基因就會抑制糙伏毛內(nèi)酯的合成，從而減少真菌的進一步定殖。
“2000年初，研究人員發(fā)現(xiàn)有一種方法可以測量植物，然后減少殖民，”穆勒說。"但是直到現(xiàn)在，還沒有人真正理解這種動態(tài)的分子機制."
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