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王二涛研究组揭示菌根共生中脂肪酸营养交换的调控分子机制

2018年10月4日,《Molecular Plant》在线发表了中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王二涛研究组题为“Medicago AP2-domain Transcription Factor WRI5a Is a Master Regulator of Lipid Biosynthesis and Transfer During Mycorrhizal Symbiosis”的论文。该研究发现在丛枝菌根真菌共生过程中,苜蓿转录因子WRI5a是脂肪酸碳源和磷营养交换的分子开关。

绝大多数陆生植物借助自身的根系,通过与菌根真菌形成互利共生,高效从环境中获取磷、氮等营养,并把碳源传递给菌根真菌,向生态系统输入碳源。共生关系的建立依赖于菌根真菌与植物之间的信号交流和转导,王二涛研究组近几年研究表明OsCERK1控制菌根信号分子-菌根因子的识别(Plant Journal, 2015),并分离了菌根共生的关键转录因子复合体IPD3-DELLA-DIP1(Cell Research, 2014; Nature Communications, 2016),以及下游控制营养交换的HA1基因(The Plant Cell,2014)。该研究组最新的研究表明,丛枝菌根真菌诱导植物合成脂肪酸,脂肪酸通过植物STR/STR2转运蛋白进入到菌根真菌中,建立了以脂肪酸为主要碳源营养的菌根共生营养交换的新理论框架(Science, 2017; Molecular Plant, 2017)。但碳源营养-脂肪酸在植物和菌根真菌之间的转运调控机制还不清楚。

该研究表明,转录因子WRI5a受到菌根真菌分泌的Myc Factor的诱导,结合在启动子的AW-box区域激活目标基因的表达。实验证明,WRI5a可以与STR启动子上的AW-box结合,从而激活脂肪酸转运蛋白STR的表达,调控脂肪酸的转运。在WRI5a基因突变体中,菌根真菌的侵染率降低。然后将WRI5a基因过表达后,菌根真菌侵染显著增加,并且植物总脂肪酸和C16:0脂肪酸含量均明显提高,表明WRI5a基因在菌根真菌侵染过程中,对植物脂肪酸的合成具有正调控作用。除此之外,该研究还发现,WRI5a基因可以激活植物磷转运蛋白MtPT4的表达,对植物从菌根真菌中吸收磷也有重要的调控作用。

博士后姜伊娜和博士生谢秋瑾为本文共同第一作者,该研究得到了国家重点研发计划、国家自然基金委和中科院等项目的支持。

论文链接:https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(18)30301-0


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