Pincushion hakea丛生根系分泌物促进营养不良土壤中磷的吸收

植物需要磷才能生长和生存。在土壤有效磷含量低的环境中，植物需要调整才能存活。

枕形无须鳕是一种大型的木本常绿灌木，原产于澳大利亚西南部，该地区的土壤磷含量极低。这种植物通过形成丛根来适应这些条件，丛根是从根轴延伸出来的大量较小的小根，类似于瓶刷，以提取土壤中的少量磷。

丛根通过增加与土壤接触的根表面积来帮助低营养土壤中的植物，提高其提取有限资源的能力。此外，丛生根分泌化学物质和酶，以提高土壤中养分（主要是磷）的生物利用度。

例如，酸性磷酸酶是一种由丛生根分泌的酶，它将有机磷转化为植物易于吸收的形式。对这些生存机制的更好理解最终可以帮助研究人员开发出在营养缺乏的土壤中茁壮成长的粮食作物。

虽然研究人员已经成功鉴定出许多由丛生根分泌的化学物质来提高磷的可用性，但在包括无须枕草在内的蛋白质科植物中，负责丛生根分泌和吸收的基因和分子途径尚未确定。

为了更好地了解簇根如何在分子水平上发挥作用，广岛大学、西澳大利亚大学、冈山大学、北海道大学、山形大学和其他机构的研究人员合作对无须鳕进行了RNA-Seq实验，以鉴定其簇根中表达的基因。

该团队在《新植物学家》杂志上发表了他们的研究。

广岛大学生命综合科学研究生院助理教授、该研究论文的第一作者Hirotsuna Yamada博士说：“我们的主要问题是：枕形无须鳕（hakea laurina）如何在磷极度有限的环境中生存？我们的假设是，hakea laurina有不同的策略来最大限度地释放其丛生根系的根系分泌物，如羧酸盐和酸性磷酸酶，这对提高土壤磷的可用性很重要。”。

研究人员将成熟丛生根中表达的基因与相邻侧根中作为对照的基因进行了比较。这项比较确定了4210个在丛生根中表达水平较高的基因，提供了大量与丛生根分泌和吸收增加相关的前瞻性基因。

这些包括参与根系吸收磷酸盐的磷酸盐转运蛋白和酸性磷酸酶。此外，京都基因和基因组百科全书（KEGG）途径分析表明，这些簇根增强了羧酸盐代谢，这将支持增加羧酸盐苹果酸和柠檬酸的供应，以分泌到低磷土壤中。

枕无须鳕集群根中高度表达的基因之一是一种铝激活的苹果酸转运蛋白（ALMT），研究人员将其鉴定为HalALMT1。

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该HalALMT1与LaALMT1共享51%的推导氨基酸序列，LaALMT2是一种白羽扇豆苹果酸转运蛋白，可将苹果酸分泌到土壤中，从而提高磷的可用性。

拟南芥的电生理测定和过表达证实，HalALMT1介导的苹果酸释放到土壤中。在铝的存在下，其活性进一步增强，铝在酸性土壤中对植物有毒。这些结果表明，HalALMT1有助于通过苹果酸分泌动员磷并减少铝对植物的毒性。

研究人员还发现了HalALMT1在丛生根中的独特表达模式，这进一步有助于在缺磷土壤中生存。

广岛大学生命综合科学研究生院教授、该研究论文的资深作者Jun Wasaki博士说：“我们的研究结果表明，月桂树丛生小根中的皮层细胞是羧酸盐和酸性磷酸酶分泌的场所，可能有助于根分泌物的快速释放。缺乏木栓化外皮（一种扩散屏障）进一步增强了这一特性，为植物对缺磷的适应提供了新的见解。”。

虽然在丛根中发现了一种新的分泌途径，为该领域对植物存活机制的理解做出了重大贡献，但仍存在其他问题。

山田博士说：“必须全面了解丛生根的形成和生理功能，确定调节它们的关键因素，并将丛生根的精细磷获取策略应用于作物。我们的研究团队计划进一步深化对丛生根的理解，以期将这一知识应用于作物改良。”。p