【科研新進(jìn)展】（499）草業(yè)學(xué)院劉金隆課題組揭示結(jié)瘤信號(hào)通路蛋白NSP1和NSP2調(diào)控豆科植物釩累積和耐受性的分子機(jī)制

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)劉金隆課題組在《Advanced Science》上在線發(fā)表題為“Nodulation Signaling Pathway 1 and 2 modulate vanadium accumulation and tolerance of legumes”的研究論文，揭示了結(jié)瘤信號(hào)通路1（NSP1）和NSP2調(diào)控豆科植物釩累積和耐受性的分子機(jī)制。草業(yè)學(xué)院在讀碩士研究生劉鵬為論文的第一作者，劉金隆副教授為通訊作者。
 
　　釩（V）污染日益加劇并潛在威脅著威脅人類健康。NSP1和NSP2調(diào)控著豆科植物的共生結(jié)瘤的過程,NSP1和NSP2的突變在導(dǎo)致結(jié)瘤缺陷的同時(shí)還增加了蒺藜苜蓿對釩酸鹽的敏感性。這種敏感性受環(huán)境中的磷（P）、鐵（Fe）、硫（S）濃度顯著影響。釩酸鹽被認(rèn)為是磷酸鹽的類似物，所以一般認(rèn)為它與P共享轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，且P能夠拮抗V的毒害。釩酸鹽不僅與磷酸鹽，可能與硫酸鹽也能共用轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。Fe可能通過對磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控干擾釩酸鹽的吸收和累積。
 
　　本研究首次通過系列突變體和過表達(dá)植株從遺傳學(xué)角度證實(shí)了P、S、Fe的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控著植物的釩累積和耐受性。野生型蒺藜苜蓿R108能夠積極調(diào)節(jié)P、S和Fe轉(zhuǎn)運(yùn)體基因的表達(dá)，限制V的吸收和積累，抵抗V的毒性。然而，R108對V的耐受性和根中基因的表達(dá)響應(yīng)很大程度上依賴于根瘤共生和/或土壤微生物的存在。R108能夠維持釩酸鹽脅迫下根際細(xì)菌群落的多樣性，并且積極調(diào)控根際細(xì)菌對V脅迫的協(xié)同響應(yīng)。這些細(xì)菌能夠與植物體內(nèi)釩、磷、硫和鐵水平顯著關(guān)聯(lián)，共同協(xié)助或調(diào)控植物應(yīng)對釩酸鹽脅迫的能力。當(dāng)NSP1和NSP2突變后，根系不能與根瘤菌共生結(jié)瘤。隨之出現(xiàn)的是，P、S、Fe轉(zhuǎn)運(yùn)體基因不能對釩酸鹽脅迫做出極積的響應(yīng)或正確的應(yīng)答，根際細(xì)菌群落變得不穩(wěn)定，其應(yīng)對V的能力減弱。因此，nsp1與nsp2突變體的釩耐受能力顯著低于野生型R108。因此，NSPs在調(diào)節(jié)豆科植物V的積累和耐受性中起著重要作用，可為V污染綠色可持續(xù)治理與保障人類健康提供新思路。
 
　　該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助。
 
　　全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202306389



日期：2024-02-16