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近日，竹子研究院竹林碳匯與生態(tài)多功能服務(wù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《Horticulture Research》（中科院農(nóng)林科學(xué)1區(qū)Top，IF 7.6）發(fā)表題為“Stable isotope labelling and gene expression analysis reveal dynamic nitrogen-supply mechanisms for rapid growth of Moso bamboo”（《同位素示蹤和基因表達(dá)分析揭示毛竹快速生長(zhǎng)的氮?jiǎng)討B(tài)供應(yīng)機(jī)制》）的研究論文。竹研院宋新章教授為本文通訊作者，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)已畢業(yè)博士研究生張君波、施曼副教授，博士后朱成磊、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)青年教師楊克彬?yàn)檎撐墓餐谝蛔髡?。浙江農(nóng)林大學(xué)竹子研究院為該論文第一單位和通訊作者單位。國(guó)際竹藤中心高志民研究員、華北理工大學(xué)宋小明教授等為該論文提供了重要指導(dǎo)。

毛竹（Phyllostachys edulis）作為一種喬木狀克隆植物，生長(zhǎng)速度極快，能在50天左右完成10-20m的高生長(zhǎng)，其快速生長(zhǎng)的內(nèi)在機(jī)制一直是學(xué)屆研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn)。養(yǎng)分供應(yīng)是毛竹快速生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，但野外毛竹筍較高的退筍率和復(fù)雜的地下鞭根系統(tǒng)，使原位養(yǎng)分供應(yīng)機(jī)制的探索難上加難。

課題組創(chuàng)造性地在野外建立了“一竹一鞭一筍”模式系統(tǒng)，將毛竹從出筍到展葉這一快速生長(zhǎng)階段分為四個(gè)時(shí)期（快速生長(zhǎng)初期、盛期、抽枝期和展葉期），采用¹⁵N同位素示蹤和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，揭示了毛竹快速生長(zhǎng)期氮素的動(dòng)態(tài)供應(yīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)母竹和鞭根在毛竹快速生長(zhǎng)期間分工合作為竹筍供應(yīng)養(yǎng)分，形成從“母竹供應(yīng)為主——母竹和鞭根協(xié)同供應(yīng)——鞭根供應(yīng)為主”的氮素供應(yīng)策略（圖1）。

圖1 “一竹一鞭一筍”模式系統(tǒng)中氮素的動(dòng)態(tài)供應(yīng)策略

此外，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因PeAAP29123在母竹向竹筍的氮運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)揮重要作用，HD-ZIP家族轉(zhuǎn)錄因子PeHDZ23987可結(jié)合PeAAP29123啟動(dòng)子的特異性元件激活其表達(dá)（圖2）。在水稻中異源過(guò)表達(dá)PeAAP29123和PeHDZ23987，均能顯著提高轉(zhuǎn)基因水稻的氮素吸收效率。研究基于毛竹野外克隆片段探索氮素供應(yīng)的機(jī)理，相關(guān)成果填補(bǔ)了大型喬木狀克隆植物長(zhǎng)距離氮運(yùn)輸分子機(jī)制的空白。

圖2PeHDZ23987與PeAAP29123的啟動(dòng)子元件結(jié)合并激活其表達(dá)

本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（31930075）等的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf062

(竹子研究院 施曼)