分子植物卓越中心等发现osphr-osadk1分子模块调控菌根共生的分子机制。近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员王二涛团队等在new phytologist上在线发表了题为a phr-regulated receptor-like kinase, osadk1 is required for mycorrhizal symbiosis and phosphate starvation responses的研究论文。该研究揭示了osphr-osadk1模块调控菌根共生和磷信号响应的分子机制。
80%以上的植物可以与菌根真菌形成共生，从而高效获取磷、氮等营养元素，植物则以脂肪酸形式提供给菌根真菌碳源营养（wang et al., 2017 molecular plant; jiang et al., 2017 ）。2021年，王二涛团队发现以osphrs为中心的调控网络是菌根共生“自我调节”的分子基础，并鉴定了多个已被报道的菌根共生关键基因受osphr2的直接调控（shi et al., 2021 cell）。而在菌根共生中是否还有其他基因受osphrs调控并在菌根共生中发挥重要作用还不清楚。
研究人员通过对菌根定殖和非定殖的野生型水稻和osphr1/2-1/3三突变体进行rna-seq分析，并通过dap-seq技术鉴定osphr2结合基因组上的顺式作用元件，发现了520个osphr2直接靶标基因，包括382个上调基因和138个下调基因。其中19个基因此前已被报道受菌根共生诱导或调控菌根共生，包括独脚金内酯生物合成基因ccd7和ccd8a，转录因子cyclops和wri5a，脂质生物合成基因fatm和ram2，以及转运蛋白基因amt3;1和npf4.5（图1）。
研究人员还发现受体激酶arbuscle development kinase 1 (osadk1)是osphr1/2/3的直接靶基因。进一步分析发现，osadk1在菌根共生过程中具有重要功能。与野生型相比，osadk1突变株显示出菌根定殖的显著降低，并且丛枝结构不能发育完整（图2）。这些结果表明，osadk1是菌根真菌侵染和丛枝结构发育所必需的。此外，水培实验还显示osadk1可能参与了植物的磷饥饿响应。
综上所述，该研究结果验证了osphr1/2/3是菌根共生的关键调控因子，并发现了一个新的rlk参与菌根共生和植物磷信号响应。
相关研究工作得到国家自然科学基金、中科院青年基础研究项目、中科院战略重点研究项目和国家重点研发计划项目的支持。
图1 rna-seq和dap-seq鉴定osphr2直接调控的靶基因
图2 osadk1是菌根真菌侵染和丛枝结构发育所必需的
研究团队单位：分子植物科学卓越创新中心
