近日，我院王鹏副教授课题组与中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）程旭课题组合作在Plant Communications（中科院1区，IF=11.6）在线发表了题为“The MedicagoSPX1/3-PHR2 Network Relays Phosphate Signaling to Orchestrate Root Nodulation-dependent Nitrogen Acquisition by Controlling Flavonoid Biosynthesis”的研究论文，解析了苜蓿SPX1/3-PHR2根据磷浓度高低调控类黄酮合成来控制根瘤共生水平，从而平衡根瘤菌介导的氮吸收量。
氮和磷是植物生长所必须的两种大量元素，两种元素的平衡吸收对促进植物最适生长至关重要。与根际微生物形成共生关系是植物从土壤中获取氮磷元素的重要策略之一。根据对氮或磷的需求，植物能够调整根系分泌物的组成以吸引相应的微生物。根系分泌的黄酮类化合物在调控根系微生物组中起重要作用，尤其是在豆科植物根瘤共生中至关重要。然而，植物如何调控微生物介导的氮磷吸收平衡机制尚不明确。
该研究首先发现根际微生物能促进苜蓿的生长，且苜蓿磷感知蛋白SPX1和SPX3能调控苜蓿根际微生物的组成，促进具有固氮功能的微生物伯克霍尔德菌、类伯克霍尔德菌、根瘤菌等在根际的富集。随后的转录组和代谢组研究发现SPX1和SPX3能调控黄酮类化合物的生物合成。在高磷条件下时促进黄酮类化合物7,4'-二羟基黄酮、鹰嘴豆芽素A等的分泌，从而提高根瘤共生水平，促进固氮水平，增加苜蓿对氮营养的吸收。低磷条件下时，减少黄酮类化合物的分泌，从而抑制根瘤共生水平，减少对氮营养的吸收。
进一步研究发现SPX1和SPX3对黄酮类化合物生物合成的调控是通过其互作转录因子PHR2实现的。过表达PHR2能抑制黄酮类化合物合成相关基因的表达，酵母单杂实验表明PHR2能与黄酮类化合物合成相关基因的启动子序列结合。因此，通过直接调控黄酮类化合物的合成来控制根瘤共生水平。
图1. SPX1/3-PHR2根据磷含量控制黄酮类化合物合成，从而调控根瘤共生的模式图
该研究揭示了SPX1/3-PHR2磷饥饿反应调控网络根据磷含量的高低控制根瘤共生水平，从而影响根瘤共生介导的氮吸收的分子机制（图1）。研究结果一方面解析了磷饥饿反应调控网络控制黄酮类化合物合成的新机制，拓宽了PHR作为转录抑制子的新功能，对后续研究其除了结合P1BS位点以外的其他调控原件提供了参考。另一方面揭示了植物调控微生物介导的氮磷吸收平衡，促进最适生长的机理，对将来更好的利用根际微生物促进植物营养吸收具有潜在的应用价值。
湖南师范大学为该论文第一单位，王鹏副教授和中国农科院深圳基因组所助理研究员江帆为该论文共同第一作者，中国农科院深圳基因组所程旭研究员和王鹏为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。
文章链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(26)00003-9
