近日，竹子研究院竹林碳匯與生態多功能服務創新團隊在《Horticulture Research》（中科院農林科學1區Top，IF 7.6）發表題為“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分析揭示毛竹快速生長的氮動態供應機制》）的研究論文。竹研院宋新章教授為本文通訊作者，創新團隊已畢業博士研究生張君波、施曼副教授，博士后朱成磊、青島農業大學青年教師楊克彬為論文共同第一作者。浙江農林大學竹子研究院為該論文第一單位和通訊作者單位。國際竹藤中心高志民研究員、華北理工大學宋小明教授等為該論文提供了重要指導。
毛竹（Phyllostachys edulis）作為一種喬木狀克隆植物，生長速度極快，能在50天左右完成10-20m的高生長，其快速生長的內在機制一直是學屆研究的焦點和難點。養分供應是毛竹快速生長的基礎，但野外毛竹筍較高的退筍率和復雜的地下鞭根系統，使原位養分供應機制的探索難上加難。
課題組創造性地在野外建立了“一竹一鞭一筍”模式系統，將毛竹從出筍到展葉這一快速生長階段分為四個時期（快速生長初期、盛期、抽枝期和展葉期），采用15N同位素示蹤和轉錄組測序技術，揭示了毛竹快速生長期氮素的動態供應機制。研究發現母竹和鞭根在毛竹快速生長期間分工合作為竹筍供應養分，形成從“母竹供應為主——母竹和鞭根協同供應——鞭根供應為主”的氮素供應策略（圖1）。
圖1 “一竹一鞭一筍”模式系統中氮素的動態供應策略
此外，氨基酸轉運基因PeAAP29123在母竹向竹筍的氮運輸過程中發揮重要作用，HD-ZIP家族轉錄因子PeHDZ23987可結合PeAAP29123啟動子的特異性元件激活其表達（圖2）。在水稻中異源過表達PeAAP29123和PeHDZ23987，均能顯著提高轉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的機理，相關成果填補了大型喬木狀克隆植物長距離氮運輸分子機制的空白。
圖2PeHDZ23987與PeAAP29123的啟動子元件結合并激活其表達
本研究得到國家自然科學基金重點項目（31930075）等的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf062
(竹子研究院 施曼)
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