近日，西北农林科技大学刘金隆课题组在《Advanced Science》上在线发表题为“Nodulation Signaling Pathway 1 and 2 modulate vanadium accumulation and tolerance of legumes”的研究论文，揭示了结瘤信号通路1（NSP1）和NSP2调控豆科植物钒累积和耐受性的分子机制。草业学院在读硕士研究生刘鹏为论文的第一作者，刘金隆副教授为通讯作者。
钒（V）污染日益加剧并潜在威胁着威胁人类健康。NSP1和NSP2调控着豆科植物的共生结瘤的过程,NSP1和NSP2的突变在导致结瘤缺陷的同时还增加了蒺藜苜蓿对钒酸盐的敏感性。这种敏感性受环境中的磷（P）、铁（Fe）、硫（S）浓度显著影响。钒酸盐被认为是磷酸盐的类似物，所以一般认为它与P共享转运途径，且P能够拮抗V的毒害。钒酸盐不仅与磷酸盐，可能与硫酸盐也能共用转运途径。Fe可能通过对磷酸盐转运的调控干扰钒酸盐的吸收和累积。
本研究首次通过系列突变体和过表达植株从遗传学角度证实了P、S、Fe的吸收转运调控着植物的钒累积和耐受性。野生型蒺藜苜蓿R108能够积极调节P、S和Fe转运体基因的表达，限制V的吸收和积累，抵抗V的毒性。然而，R108对V的耐受性和根中基因的表达响应很大程度上依赖于根瘤共生和/或土壤微生物的存在。R108能够维持钒酸盐胁迫下根际细菌群落的多样性，并且积极调控根际细菌对V胁迫的协同响应。这些细菌能够与植物体内钒、磷、硫和铁水平显著关联，共同协助或调控植物应对钒酸盐胁迫的能力。当NSP1和NSP2突变后，根系不能与根瘤菌共生结瘤。随之出现的是，P、S、Fe转运体基因不能对钒酸盐胁迫做出极积的响应或正确的应答，根际细菌群落变得不稳定，其应对V的能力减弱。因此，nsp1与nsp2突变体的钒耐受能力显著低于野生型R108。因此，NSPs在调节豆科植物V的积累和耐受性中起着重要作用，可为V污染绿色可持续治理与保障人类健康提供新思路。
该研究得到国家自然科学基金面上项目资助。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202306389
日期：2024-02-16
