Sự tiếp nhận và sử dụng phốt pho: những điều chỉnh quan trọng của thực vật để đảm bảo nguồn tài nguyên không tái tạo

New Phytologist - Tập 157 Số 3 - Trang 423-447 - 2003
Carroll P. Vance1,2, Claudia Uhde‐Stone1,3, Deborah L. Allan3
1Departments of Agronomy and Plant Genetics, University of Minnesota 1991 Upper Buford Circle, St Paul, MN 55108, USA,
2USDA, Agricultural Research Service, Plant Science Research Unit, University of Minnesota 1991 Upper Buford Circle, St Paul, MN 55108, USA
3Soil, Water and Climate, University of Minnesota 1991 Upper Buford Circle, St Paul, MN 55108, USA

Tóm tắt

Tóm tắtPhốt pho (P) là yếu tố hạn chế cho sản lượng cây trồng trên hơn 30% đất canh tác trên thế giới và, theo một số ước tính, nguồn tài nguyên phốt pho giá rẻ trên toàn cầu có thể cạn kiệt vào năm 2050. Cải thiện khả năng tiếp nhận và sử dụng P của thực vật là rất quan trọng vì lý do kinh tế, nhân đạo và môi trường. Các loài thực vật đã phát triển một loạt các chiến lược khác nhau để có được lượng P đầy đủ trong điều kiện hạn chế, bao gồm sự thay đổi về cấu trúc rễ, chuyển hóa carbon và cấu trúc màng, sản xuất ra các axit hữu cơ trọng lượng phân tử thấp, proton và enzyme, cùng với việc gia tăng biểu hiện của nhiều gen liên quan đến thích nghi với P thấp. Những thích nghi này có thể ít rõ rệt hơn ở các loài thực vật có liên kết với nấm mycorrhiza. Sự hình thành rễ cụm dưới áp lực P của loài không có mycorrhiza, đậu lupin trắng (Lupinus albus), cùng với những thay đổi sinh hóa đi kèm minh họa nhiều thích nghi của thực vật giúp tăng cường việc tiếp nhận và sử dụng P. Các nghiên cứu sinh lý, sinh hóa và phân tử về phản ứng của đậu lupin trắng và các loài khác với sự thiếu hụt P đã xác định được những mục tiêu có thể hữu ích cho việc cải thiện thực vật. Các phương pháp gen học liên quan đến việc xác định các đoạn trình tự đã được biểu hiện (EST) dưới áp lực P thấp cũng có thể mang lại các điểm mục tiêu cho việc cải thiện cây trồng. Các nghiên cứu liên ngành kết hợp giữa chọn giống thực vật, sinh hóa, khoa học đất và di truyền học dưới sự bao quát lớn của gen học là điều kiện tiên quyết để tiến bộ nhanh chóng trong việc cải thiện khả năng tiếp nhận và sử dụng dinh dưỡng của thực vật.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1126/science.283.5410.2015

10.1046/j.1365-3040.2002.00867.x

10.1126/science.248.4954.477

10.1093/pcp/pce163

10.1093/oxfordjournals.aob.a087547

Avio L, 1990, The response of different species of Lupinus to VAM endophytes, Symbiosis, 9, 321

10.1104/pp.125.2.728

10.1021/jf60127a017

10.1016/S0005-2736(00)00139-5

10.1104/pp.107.1.233

10.2307/2656995

10.1146/annurev.arplant.49.1.53

10.1146/annurev.pp.24.060173.001301

10.1146/annurev.pp.45.060194.001133

10.1016/0031-9422(91)83598-F

10.1104/pp.87.2.414

Boerjan W, 1992, Molecular genetic approaches to plant development, International Journal of Developmental Biology, 36, 59

Boerjan W, 1995, Superroot, a recessive mutation in Arabidopsis, confers auxin overproduction, Plant Cell, 7, 1405

10.1046/j.1365-3040.1999.00405.x

10.1007/BF00017679

10.1016/S1360-1385(01)02222-1

10.1046/j.1365-2958.1999.01162.x

10.1111/j.1399-3054.1990.tb08722.x

Bumb BL, 1996, The role of fertilizer in sustaining food security and protecting the environment. Food, agriculture and the environment discussion paper 17.

10.1093/jxb/erf013

10.1104/pp.109.3.1093

Care DA, 1999, Phosphorus in plant biology: regulatory roles in molecular, cellular, organismic, and ecosystem processes., 316

10.1104/pp.107.4.1075

10.1007/s004250100565

10.1105/tpc.13.4.843

10.1101/gad.9.17.2131

10.1002/bies.1087

Charlton WA, 1996, Plant roots: the hidden half, 149

10.1046/j.1365-313x.2001.00963.x

10.1105/tpc.006437

10.1016/S0021-9258(19)62321-5

10.1016/0012-1606(85)90423-3

Comerford NB, 1998, Phosphorus in plant biology: regulatory roles in molecular, cellular, organismic, and ecosystem processes., 136

Council for Agricultural Science and Technology (CAST, 1988, Long term viability of US agriculture. Report no. 114.

10.1007/978-3-642-70722-3

10.1016/0168-9452(90)90169-O

10.1007/s004250050394

10.1007/BF02110000

10.1105/tpc.13.4.853

10.1104/pp.107.2.315

10.1104/pp.103.3.695

10.1105/TPC.010035

10.1111/j.1438-8677.1995.tb00850.x

10.1111/j.1365-3040.1989.tb01942.x

10.1002/1522-2624(200104)164:2<141::AID-JPLN141>3.0.CO;2-Z

10.1111/j.1469-8137.1975.tb01409.x

10.1104/pp.90.2.734

10.1104/pp.90.4.1275

10.1073/pnas.88.21.9538

10.1111/j.1399-3054.1994.tb02539.x

10.1016/0168-9452(93)90170-5

Ellington CP, 1999, Phosphorus for agriculture: a situation analysis, 25

10.1038/171083a0

Eshel A, 1996, Screening bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes for differences in phosphorus utilization efficiency, Israel Journal of Plant Science, 44, 225

10.1073/pnas.95.4.1950

10.1242/dev.125.5.909

10.1046/j.0960-7412.2001.01201.x

Furihata T, 1992, Kinetic characterization of two phosphate uptake systems with different affinities in suspension‐cultured Catharanthus roseus protoplasts, Plant and Cell Physiology, 33, 1151

10.1023/A:1003113131989

10.1007/BF02377120

10.1007/BF02374724

10.1007/BF02374754

10.1023/A:1014987710937

10.1046/j.1365-313x.2000.00680.x

10.1002/jpln.19941570104

10.1002/jpln.19941570408

Gilbert GA, 1997, Does auxin play a role in the adaptations of white lupin roots to phosphate deficiency, To Plant Physiology, 114, 31

10.1046/j.1365-3040.1999.00441.x

10.1006/anbo.2000.1133

Gilbert GA, 1998, Phosphorus in plant biology: regulatory roles in molecular, cellular, organismic and ecosystem processes., 157

10.1016/S1360-1385(99)01551-4

10.1038/35067109

10.1016/S0176-1617(84)80084-X

10.1017/CBO9780511600395.003

10.1104/pp.87.3.711

10.1007/BF00012883

10.1071/BT9890137

10.1002/1522-2624(200104)164:2<131::AID-JPLN131>3.0.CO;2-2

10.1104/pp.124.2.615

10.1016/S1360-1385(97)82563-0

10.1071/PP99065

10.1074/jbc.271.52.33632

10.1023/A:1013351617532

10.1016/S0016-7061(96)00094-8

10.1046/j.1365-313X.1995.7020211.x

10.1111/j.1399-3054.1993.tb01734.x

10.1006/abbi.1995.1245

10.1111/j.1469-8137.1992.tb00096.x

10.1071/S96047

10.1093/jxb/31.2.525

10.1023/A:1013353610570

10.1016/S0005-2736(00)00136-X

10.1002/1522-2624(200104)164:2<219::AID-JPLN219>3.0.CO;2-B

10.1038/35096500

10.1038/344058a0

10.1093/jxb/46.8.895

10.1104/pp.104.2.657

10.1104/pp.112.1.19

10.1104/pp.112.1.31

JohnstonAM.2002. Nutrient removal as a soil fertility planning tool. Fertilization Facts.http://www.ppi‐ppic.org.

10.1023/A:1004356007312

10.1002/1522-2624(200104)164:2<121::AID-JPLN121>3.0.CO;2-6

10.1007/BF00009256

10.1046/j.1365-3040.1998.00300.x

10.1146/annurev.arplant.48.1.277

10.1105/tpc.7.12.2023

10.1007/978-1-4612-2894-3_1

10.1146/annurev.pp.46.060195.001321

10.1046/j.1469-8137.2000.00776.x

10.1104/pp.126.1.397

10.1093/oxfordjournals.pcp.a029568

10.1007/BF02139944

Lajtha K, 1995, Phosphorus in the global environment, 140

10.2135/cropsci2000.403693x

10.1007/978-3-642-70101-6_15

10.1023/A:1014289121672

10.1071/BT9720155

10.1007/BF02860714

10.1007/BF00025034

10.1111/j.1469-8137.1984.tb03604.x

10.1007/978-3-642-70101-6_9

10.1104/pp.117.1.9

10.1104/pp.93.2.504

Leggewie G, 1997, Two cDNAs from potato are able to complement a phosphate uptake‐deficient yeast mutant: identification of phosphate transporters from higher plants, Plant Cell, 9, 381

10.1016/0968-0004(96)10048-7

10.1023/A:1004264002524

10.1080/00380768.1997.10414731

10.1023/A:1010381919003

10.1104/pp.116.1.91

10.1094/MPMI.1998.11.1.14

10.1023/A:1013396825577

10.1104/pp.010907

10.1038/74531

10.1016/S0168-9452(00)00347-2

10.1111/j.1469-8137.1990.tb00457.x

10.1093/oxfordjournals.aob.a083740

10.1093/oxfordjournals.aob.a083814

Lurin C, 1996, Cloning and functional expression of a plant voltage dependent chloride channel, Plant Cell, 8, 701

10.1104/pp.109.1.7

10.1023/A:1013324727040

10.1046/j.1365-3040.2001.00695.x

10.1016/S1369-5266(99)80041-7

10.1111/j.1365-3040.2005.01306.x

10.1105/tpc.010354

Marschner H, 1995, Mineral nutrition of higher plants

10.1080/01904168709363645

10.1002/jpln.19861490408

10.1046/j.1365-313x.2000.00893.x

10.1007/BF00024987

10.1104/pp.126.4.1646

10.1007/s004250100529

Masucci JD, 1996, Hormones act downstream of TTG and GL2 to promote root hair outgrowth during epidermis development in the Arabidopsis root, Plant Cell, 8, 1505

10.1007/978-1-4612-2844-8_3

10.1111/j.1399-3054.1977.tb01509.x

10.1104/pp.109.1.1

10.1016/0014-5793(91)80711-B

10.1002/1522-2624(200104)164:2<111::AID-JPLN111>3.0.CO;2-A

10.1016/0014-5793(93)80233-K

10.1104/pp.010097

10.1073/pnas.94.13.7098

10.1146/annurev.arplant.52.1.89

10.1046/j.1432-1327.2000.01495.x

10.1006/bbrc.1999.0199

10.1073/pnas.93.19.10519

Muday GK, 1994, Tomato root growth, gravitropism, and lateral development: correlation with auxin transport, Plant Physiology and Biochemistry, 32, 193

10.1034/j.1399-3054.1998.1030314.x

10.1111/j.1365-3040.1987.tb01824.x

10.1104/pp.124.4.1786

10.1016/S1360-1385(02)02241-0

10.1023/A:1004380832118

10.1007/s004250050572

10.1006/anbo.2000.1135

10.1007/BF00287102

10.1266/ggs.72.323

10.1080/00380768.1995.10419608

10.1105/tpc.12.10.1961

10.1104/pp.121.4.1309

Pate J, 2001, Plant roots: the hidden half, 989

10.1071/BT00086

Peterson RL, 1996, Root hairs: specialized tubular cells extending root surfaces, Botanical Gazette, 62, 1

10.1104/pp.125.1.292

10.1146/annurev.arplant.47.1.185

Plaxton WC, 1999, Plant responses to environmental stress: from phytohormones to genome reorganization, 350

10.1046/j.1365-313X.1999.00562.x

10.1146/annurev.arplant.50.1.665

10.1104/pp.48.4.480

10.1111/j.1399-3054.1991.tb00106.x

10.1093/jxb/52.suppl_1.381

10.1111/j.1469-8137.1976.tb01477.x

10.1104/pp.118.4.1369

10.1007/BF02374097

10.1046/j.1365-3040.2000.00524.x

10.1046/j.1365-313x.2001.00998.x

10.1007/BF02344228

10.1105/tpc.001495

10.1105/tpc.13.3.465

10.1104/pp.105.4.1133

10.1101/gad.204401

10.1105/tpc.9.5.745

Runge‐Metzger A, 1995, Phosphorus in the global environment, 27

Russell DW, 1973, Soil conditions and plant growth

10.1146/annurev.arplant.52.1.527

10.1007/BF00193223

10.1071/PP9950531

10.1073/pnas.94.12.6547

10.1111/j.1399-3054.1992.tb08768.x

10.1111/j.1399-3054.1990.tb00041.x

10.1023/A:1006391304881

10.1023/A:1006334926388

10.1016/S0074-7696(01)06018-1

10.1093/jxb/30.5.971

10.2134/1980.roleofphosphorus.c18

10.1007/978-1-4612-3144-8_1

10.1016/S0168-9452(01)00373-9

10.1104/pp.116.2.447

10.1016/S0981-9428(98)80088-0

10.1002/1522-2624(200104)164:2<147::AID-JPLN147>3.0.CO;2-B

10.1007/BF00020385

10.1104/pp.111.3.721

10.1016/S0005-2728(00)00181-X

10.1046/j.1365-2745.1998.00326.x

10.1006/anbo.2000.1140

10.1023/A:1004730118886

10.1006/anbo.1996.0054

Skoog F, 1957, Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissue culture in vitro, Symposium of the Society of Experimental Biology, 11, 118

10.1046/j.1469-8137.2000.00695.x

10.1023/A:1010390120820

10.1046/j.1365-313X.1997.11010083.x

10.1016/S0005-2736(00)00141-3

Smith SE, 2001, Nutrient transfer in arbuscular mycorrhizas: how are fungal and plant processes integrated?, Australian Journal of Plant Physiology, 28, 683

10.1080/00380768.1991.10415018

Takahashi A, 1991, Light‐induced anthocyanin reduces the extent of damage to DNA in UV‐irradiated Centaura cyanus cells in culture, Plant and Cell Physiology, 32, 541

10.1104/pp.125.2.797

10.1046/j.1365-313X.1995.8060943.x

10.1007/BF00262137

10.1104/pp.010376

10.1016/S0021-9258(19)36697-9

10.1104/pp.101.2.339

10.1104/pp.112.1.343

10.1016/S0005-2736(00)00132-2

10.1093/aob/mcf129

10.1111/j.1399-3054.1989.tb04633.x

10.1007/978-94-009-4358-2_2

10.2307/2390225

10.1007/BF00009558

Uhde‐StoneC GilbertG JohnsonJMF LitjensR ZinnKE TempleSJ VanceCP AllanDL.2003a.Adaptation of white lupin to phosphorus deficiency involves enhanced expression of genes related to organic acid metabolism.Plant and Soil(In press.)

Uhde‐StoneC ZinnKE Ramirez‐Ya´ñezM LiA VanceCP AllanDL.2003b.Nylon filter arrays reveal differential gene expression in proteoid roots of white lupin in response to P deficiency.Plant Physiology131(In press.)

10.1104/pp.94.4.1561

10.1105/tpc.11.9.1743

10.1016/S1360-1385(99)01542-3

10.1104/pp.010331

10.1071/EA00007

10.1111/j.1365-2958.1990.tb00560.x

10.1104/pp.81.3.842

10.1007/BF00224790

10.1002/jcb.240510110

10.1080/00380768.1997.11863703

10.1080/00380768.1999.10409358

WasakiJ YamamuraT ShinanoT OsakiM.2003.Secreted acid phosphatase is expressed in cluster roots of lupin in response to phosphorus deficiency.Plant and Soil(In press.)

10.1023/A:1026513022280

10.1104/pp.121.2.317

10.1111/j.0022-3646.1993.00300.x

10.1104/pp.126.2.875

10.1023/A:1013385620875

10.1073/pnas.96.26.15336

10.1073/pnas.082696499

10.1271/bbb1961.47.2185

Yan X, 1999, Phosphorus in plant biology: regulatory roles in molecular, cellular, organismic, and ecosystem processes., 85

10.1104/pp.010869

10.1104/pp.124.3.1019

10.1126/science.279.5349.407

10.1093/jxb/51.342.51

10.1016/S0981-9428(00)00751-8

10.1104/pp.125.3.1459

Thông tin
Thông tin xuất bản

New Phytologist

Tập 157 Số 3

423-447

Thông tin tác giả