【The Plant Cell】互利共生 : 中国农业大学袁力行研究团队发现丛枝菌根真菌改善玉米氮吸收的新机制

超过80%的维管植物可以与丛枝菌根真菌（AMFs）形成共生关系。AMFs可以大大增强宿主植物吸收根表面的养分吸收。同时，宿主也会为AMFs提供以脂肪酸为主的光合作用产物。在定殖的根中，AMFs在皮层细胞中形成树状结构(丛枝)，周围被特化的宿主膜包裹。这种特化的宿主膜称之为Peri-Arbuscular Membrane（PAM），植物转运蛋白存在于PAM中，介导养分从真菌转移到根。作为主要的氮(N)形式，铵以某种方式穿过PAM。该运输机制的发现有助于阐明植物中菌根依赖性氮(Mycorrhiza-Dependent N, Myc-N)吸收机理。

2022年7月26日，The Plant Cell在线发表了中国农业大学袁力行研究团队题为“The Mycorrhiza-Specific Ammonium Transporter ZmAMT3;1 Mediates Mycorrhiza-dependent Nitrogen Uptake in Maize Roots”的研究论文。该研究发现一种菌根特异表达的铵转运蛋白ZmAMT3;1，通过共生界面运输铵，从而将氮从真菌转移到植物，在实验室和田间条件下都能够改善玉米中氮的获取。

研究人员发现铵转运蛋白基因ZmAMT3;1能够被AMFs诱导表达。原位杂交和GUS染色实验结果表明，ZmAMT3;1仅在含有丛枝的细胞中以及PAM中表达。研究人员在一种酵母和突变体中证明ZmAMT3;1转运铵的功能。为了确定ZmAMT3;1是否能够在将N从AMFs转移至宿主，研究人员构建了该基因的RNAi突变体，该突变体不影响菌根共生。使用同位素标记15NH4+追踪，结果表明与野生型相比RNAi突变体茎的15N几乎不积累，这说明ZmAMT3;1对于N从AMFs转移至宿主很重要（图1）。研究人员还发现ZmAMT3;1介导的Myc-N途径转运能够提升整个植物的N含量。更重要的是持续两年的田间实验也证明了ZmAMT3;1上述功能。

总之，该研究发现了一个菌根诱导型铵转运蛋白基因，ZmAMT3编码的蛋白只在含有丛枝的皮层细胞的PAM中表达，并对铵具有高亲和力的转运活性。在实验室和田间中使用ZmAMT3;1-RNAi转基因玉米植物，研究人员确定大量的N通过ZmAMT3;1编码的转运蛋白从真菌转移到宿主植物证明了ZmAMT3;1在Myc-N吸收过程中的重要作用（图2）。这一发现为提高作物氮利用效率提供了一条新的途径。

中国农业大学袁力行教授为本文的通讯作者。中国农业大学惠静为本文的第一作者。这项工作得到了国家重点研发计划和中国自然科学基金的资助。

原文链接

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac225/6650110

转自：植物科学SCI

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