近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員王二濤團隊等在New Phytologist上在線發表了題為A PHR-regulated receptor-like kinase,OsADK1 is required for mycorrhizal symbiosis and phosphate starvation responses的研究論文。該研究揭示了OsPHR-OsADK1模塊調控菌根共生和磷信號響應的分子機制。

80%以上的植物可以與菌根真菌形成共生，從而高效獲取磷、氮等營養元素，植物則以脂肪酸形式提供給菌根真菌碳源營養（Wang et al.,2017 Molecular Plant;Jiang et al.,2017 Science）。2021年，王二濤團隊發現以OsPHRs為中心的調控網絡是菌根共生“自我調節”的分子基礎，并鑒定了多個已被報道的菌根共生關鍵基因受OsPHR2的直接調控（Shi et al.,2021 Cell）。而在菌根共生中是否還有其他基因受OsPHRs調控并在菌根共生中發揮重要作用還不清楚。

研究人員通過對菌根定殖和非定殖的野生型水稻和Osphr1/2-1/3三突變體進行RNA-seq分析，并通過DAP-seq技術鑒定OsPHR2結合基因組上的順式作用元件，發現了520個OsPHR2直接靶標基因，包括382個上調基因和138個下調基因。其中19個基因此前已被報道受菌根共生誘導或調控菌根共生，包括獨腳金內酯生物合成基因CCD7和CCD8a，轉錄因子CYCLOPS和WRI5a，脂質生物合成基因FatM和RAM2，以及轉運蛋白基因AMT3;1和NPF4.5（圖1）。

研究人員還發現受體激酶Arbuscle Development Kinase 1(OsADK1)是OsPHR1/2/3的直接靶基因。進一步分析發現，OsADK1在菌根共生過程中具有重要功能。與野生型相比，Osadk1突變株顯示出菌根定殖的顯著降低，并且叢枝結構不能發育完整（圖2）。這些結果表明，OsADK1是菌根真菌侵染和叢枝結構發育所必需的。此外，水培實驗還顯示OsADK1可能參與了植物的磷饑餓響應。

綜上所述，該研究結果驗證了OsPHR1/2/3是菌根共生的關鍵調控因子，并發現了一個新的RLK參與菌根共生和植物磷信號響應。

相關研究工作得到國家自然科學基金、中科院青年基礎研究項目、中科院戰略重點研究項目和國家重點研發計劃項目的支持。

圖1 RNA-seq和DAP-seq鑒定OsPHR2直接調控的靶基因

圖2 OsADK1是菌根真菌侵染和叢枝結構發育所必需的