4月30日，国际学术期刊The Plant Cell在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王二涛研究组关于菌根共生的最新研究成果A H+-ATPase that Energizes Nutrient Uptake during Mycorrhizal Symbioses in Rice and Medicago。

   该研究揭示了植物-丛枝菌根共生营养交换过程中能量的来源，并表明通过对H+-ATPase的修饰有望提高植物从环境获取营养的能力。王二涛和其团队之前的研究还发现RAM2参与的Cutin合成是菌根共生所必需的（Current Biology, 2012; Plant signaling & behavior, 2013），并克隆了菌根共生的关键转录因子复合体RAM1, DIP1, DELLA（Current Biology, 2012; Cell Research, 2014），这些研究成果深化了人们对植物-微生物共生的理解，为作物通过共生高效利用营养奠定了基础。

　　在植物丛枝菌根共生中，丛枝菌根真菌能够富集土壤中的磷、氮等营养，传递给植物供其生长；同时植物提供碳源供丛枝菌根真菌生长。前人的研究发现多个磷转运蛋白和氮转运蛋白负责植物与丛枝菌根真菌之间营养转运，而磷转运蛋白是一类H+离子梯度依赖型的转运蛋白，但在植物-丛枝菌根共生中H+离子梯度的产生和维持还不清楚。

    王二涛研究组利用正向和反向遗传学，获得了水稻和苜蓿中特异被丛枝菌根真菌诱导的H+-ATPases，并发现突变体不能通过丛枝菌根共生获得磷营养，表现为丛枝菌根共生缺失。这是目前发现的首个有活性的H+-ATPase参与菌根共生，通过产生和维持细胞内外H+离子梯度而驱动植物与菌根真菌之间的营养交换。英国约克大学的研究人员也参与了该项目研究。

　　该项目得到中组部“青年****”的资助。


原文摘要：

A H+-ATPase That Energizes Nutrient Uptake during Mycorrhizal Symbioses in Rice and Medicago

Most plant species form symbioses with arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, which facilitate the uptake of mineral nutrients such as phosphate from the soil. Several transporters, particularly proton-coupled phosphate transporters, have been identified on both the plant and fungal membranes and contribute to delivering phosphate from fungi to plants. The mechanism of nutrient exchange has been studied in plants during mycorrhizal colonization, but the source of the electrochemical proton gradient that drives nutrient exchange is not known. Here, we show that plasma membrane H+-ATPases that are specifically induced in arbuscule-containing cells are required for enhanced proton pumping activity in membrane vesicles from AM-colonized roots of rice (Oryza sativa) and Medicago truncatula. Mutation of the H+-ATPases reduced arbuscule size and impaired nutrient uptake by the host plant through the mycorrhizal symbiosis. Overexpression of the H+-ATPase Os-HA1 increased both phosphate uptake and the plasma membrane potential, suggesting that this H+-ATPase plays a key role in energizing the periarbuscular membrane, thereby facilitating nutrient exchange in arbusculated plant cells.

作者简介：

王二涛

研究方向 植物和微生物共生及相关激素信号转导
研究工作 从事植物和微生物共生的分子机理研究。（1）模式植物水稻、苜蓿和菌根真菌共生的分子机理；（2）豆科植物和根瘤菌共生固氮的分子机理；（3）模式植物对共生相关激素strigolactones识别及信号转导；（4）非豆科植物水稻、玉米和小麦结瘤固氮可行性的探讨。
 
获奖情况 2008年 明治乳业科学奖
2010年 中国科学院优秀博士学位论文
2011年 上海市自然科学一等奖: 水稻产量性状调控的分子机理与育种应用研究

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