神户大学发现肝wort根状体可吸收并运输磷,为根系进化研究提供线索

神户大学研究团队在苔藓植物肝wort(地钱类)中发现,其类毛状的“根状体”不仅用于固定植株,还能从环境中吸收磷并将其运输至植物体内所需部位。研究人员表示,这一结果为理解陆生植物养分获取结构(如根系与维管组织)在进化早期可能采取的策略提供了新的证据。

为解释苔藓植物在缺乏根和维管组织等复杂结构的情况下仍能生长繁殖的原因,神户大学生物学家石崎公恒团队以常见的多形肝wort(Marchantia polymorpha)作为模式生物,聚焦其磷的吸收与体内运输过程。研究人员指出,肝wort虽不具备典型根系,但具有根状体这一类毛状结构。

研究团队通过RNA测序分析并结合公共数据库,对比根状体与其他器官的基因活性后发现,根状体中与磷吸收和运输相关的基因表达水平较高,其中部分基因此前并未被证实在根状体中富集。研究人员据此认为,根状体在养分获取与输送中的作用可能比既有认识更为积极。

为直接观察磷在植株内的移动,团队开发了可实时追踪放射性磷的可视化技术,将放射性磷同位素释放的β粒子信号转换为可见光,从而记录养分运输过程。石崎团队在《新植物学家》(New Phytologist)发表的研究中称,借助该方法,他们捕捉到磷从根状体向叶状体快速转运的过程,表明根状体具备主动吸收磷并向所需组织输送的能力。

此外,研究还观察到,当肝wort处于缺磷环境时,根状体数量增加,同时磷转运蛋白和提取酶的表达上升。研究人员指出,这种对缺磷的响应与开花植物中已知的反应表现相似。

石崎表示,证明看似简单的根状体结构具有多重功能,有助于从新的角度理解植物养分系统的演化。团队下一步计划进一步分析根状体中各类转运蛋白的作用及其调控机制,并在缺失相关转运蛋白的突变体中评估养分获取变化,以更细致地阐明植物在进化出更复杂结构(如根)之前可能采用的策略。


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