雖然肥料內(nèi)含有氮、磷等可促進(jìn)作物生產(chǎn)的成分，然而不當(dāng)施肥將會(huì)造成農(nóng)地及周邊環(huán)境污染的問題。農(nóng)地中無法吸收的肥料將隨著地下水影響周邊水域，肥料成分之一的磷一旦滲入周邊水域，將促進(jìn)水中藻類生長(zhǎng)形成優(yōu)養(yǎng)化現(xiàn)象，此過程將消耗水中溶氧，使需氧的水生生物因缺氧而大量死亡，造成環(huán)境、生態(tài)等問題。為解決肥料造成環(huán)境污染的問題，除盡可能地減少含磷肥料的施用外，透過了解植物遺傳及生理機(jī)轉(zhuǎn)，提升植物體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收力，將是另一種可行的做法。 美國(guó)博伊斯湯普森研究所(Boyce Thompson Institute)與美國(guó)康乃爾大學(xué)(Cornell University)的研究團(tuán)隊(duì)由分子生物學(xué)的角度著手，找到可影響植物叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza，簡(jiǎn)稱AM)真菌相組成的關(guān)鍵基因，并發(fā)現(xiàn)此關(guān)鍵基因的調(diào)控可改變根部真菌菌相組成與植物—真菌間的共生模式，以此調(diào)節(jié)植物根部對(duì)于營(yíng)養(yǎng)素的吸收力，進(jìn)而減少因肥料施用造成周邊環(huán)境的負(fù)荷。叢枝菌根菌(arbuscular mycorrhiza fungi，簡(jiǎn)稱AMF)又稱為內(nèi)生菌根菌，屬于共生在植物根系的共生真菌之一。叢枝菌根菌可以自身吸收的氮、磷等元素，與植物體換得菌體生長(zhǎng)所需的脂肪酸，彼此間以此模式共生。然而，由于植物提供脂肪酸的過程需付出相對(duì)較高的代價(jià)，因此找出能提高植物體獲取來自叢枝菌根菌的氮、磷等物質(zhì)的方法或提高植物-共生真菌間的物質(zhì)交換效率的做法，將有助于減少額外氮源、磷源的施用。 研究團(tuán)隊(duì)為此首先研究植物體調(diào)控菌根菌生長(zhǎng)的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)植物體會(huì)產(chǎn)生一群小分子量勝肽，稱為CLAVATA3/ESR-related (CLE) peptides，簡(jiǎn)稱CLE勝肽。小分子的CLE勝肽存在于整個(gè)植物界(plant kingdom)，在植物生長(zhǎng)與對(duì)抗逆境時(shí)扮演一定的功能。研究團(tuán)隊(duì)在負(fù)責(zé)生合成CLE勝肽的基因中找到兩個(gè)能影響叢枝菌根菌共生的關(guān)鍵基因，分別為CLE53及CLE33。CLE53可在植物根系有共生根菌存在時(shí)增加表現(xiàn)，以減少菌根菌拓殖(colonization)率；而CLE33可在磷源足夠的情況下增加表現(xiàn)，以減少菌根菌拓殖率。 研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)也發(fā)現(xiàn)上述CLE勝肽需透過特殊的類受體激酶(receptor-like kinase)──SUNN，方能發(fā)揮完整勝肽功能。研究也發(fā)現(xiàn)CLE是透過調(diào)控某種稱作獨(dú)角金萌發(fā)內(nèi)酯(strigolactone)的賀爾蒙物質(zhì)在植物根部的含量，以減少植物根部共生真菌的拓殖率。藉由CLE-SUNN-strigolactone所構(gòu)成的回饋調(diào)控機(jī)制，將能改變植物體—叢枝菌根菌的共生關(guān)系，進(jìn)而改善植物體對(duì)氮、磷等元素的攝取效率，減少肥料的施用。