磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一。虽然土壤中磷的全量并不低,但极大部分磷是被固定的,可供植物吸收利用的无机磷的有效性很低。当无机磷肥施入土壤中时,其有效性很快因土壤中的固定作用或微生物的活动而降低,且用于生产磷肥的天然磷矿为不可再生资源,供应是有限的。植物适应低磷胁迫的常见策略之一是重塑根系构型,主要是抑制主根的伸长,这被认为可以促进对富含磷资源的表层土中的磷的获取。然而参与低磷信号转导调控根构型变化的上游信号并不清楚;另一方面,农业生产中铵态氮长期以来被认为可以提高作物对土壤中磷的获取效率,但作物以铵促磷的分子机制也不得而知;此外,植物对铵态氮的吸收在转录水平和蛋白水平上是被严格控制的,但是目前鉴定到的上游调控因子还非常少。我们以模式植物拟南芥为研究材料,探究了铵态氮在低磷调控的根构型变化中的作用,并对其改善的难溶性磷利用的分子机制进行了探索,也对铵吸收的调控因子进行了深入的解析。我们发现锌指转录因子STOP1（Sensitive to proton rhizotoxicity 1）是整合氮、磷营养信号并调控其吸收的核心调控因子。本文的主要结果概述如下:1.铵转运蛋白介导的铵吸收主导了低磷下的根构型重塑我们发现低磷引起的拟南芥根系构型重塑需要铵的存在,铵转运蛋白qko四突变体（quadruple knockout mutant,amt1;1 amt1;2 amt1;3 amt2;1）的主根伸长在低磷下不被抑制,侧根数量和根毛密度也没有明显的增加。低磷抑制的主根生长是由铵引起的根部Fe3+的过量积累所致,而这种Fe3+的过量积累在qko四突变体和stop1突变体根中均被显著抑制了。RT-qPCR结果表明,铵在低磷下激活了 STOP1的下游基因苹果酸转运蛋白ALMT1的表达,而qko四突变体中ALMT1的转录水平没有上调。综上所述,低磷胁迫通过铵转运蛋白调控的铵吸收激活了 STOP1信号通路,影响了根尖Fe3+的积累,从而主导了根系构型变化。2.低磷胁迫下铵吸收导致的根际酸化激活了 STOP1信号通路根际酸化是植物应对低磷胁迫的常见策略之一,可以活化土壤中的难溶性磷。我们发现,低磷促进的根际酸化现象仅在铵存在时才能观察到,而qko四突变体中无法观察到根际酸化的现象,表明根际酸化是铵吸收触发的。此外,我们发现低磷胁迫下铵在转录后水平激活了根尖STOP1蛋白的积累,同时,单纯降低介质pH到一定程度时也能引起STOP1的积累;有趣的是,当用MES缓冲介质的pH时,铵诱导的STOP1蛋白的积累被极大的减弱了。说明铵转运蛋白调控的铵吸收促进了低磷下的根际酸化,进而触发了根尖STOP1蛋白的积累。3.铵-STOP1-有机酸释放模块提高了难溶性磷的利用鉴于铵能激活低磷下STOP1蛋白累积,我们进一步分析了铵和硝对植物利用不溶性磷的影响。为了避免因根系光暴露间接导致的主根生长抑制的效应,同时也为了能更好地模拟自然条件下根系是黑暗下生长的习性,我们采用根系全遮光的方式进行不溶性磷利用的分析。结果表明,在全硝培养条件下,野生型和stop1突变体均呈现明显的缺磷症状,且两者间的生长基本一致;但在加铵培养条件下,无论是添加Ca10（PO4）6（OH）2还是FePO4的培养基上,植株生长均较全硝培养有明显改善。有意思的是在添加Ca10（PO4）6（OH）2的培养基上,野生型与stop1突变体的生长和磷含量基本一致,但在添加FePO4的培养基上,野生型的生长和磷含量又明显好于stop1突变体,这与stop1突变体在铵培养条件下根际仍具有与野生型相似的酸化能力及由此引起的对Ca10（PO4）6（OH）2的溶解相符,而FePO4的利用则需要依赖于铵吸收介导的STOP1-ALMT1通路发挥作用有关。4.STOP1-CIPK23信号抑制了铵吸收铵态氮肥的过量施用可能对植物的生长产生不利影响。我们发现正常供磷条件下,高铵处理也可以促进STOP1蛋白的积累。STOP1功能缺失突变体表现出对高铵胁迫超敏感。RT-qPCR分析发现,stop1突变体中铵转运蛋白基因AMT1s的表达在高铵下反而显著上调。15N同位素标记的铵吸收速率测定发现,stop1突变体拥有更高的铵态氮吸收速率。高铵条件下,蛋白激酶CIPK23基因被快速上调表达,从而磷酸化铵转运蛋白AMT1;1和AMT1;2,降低铵转运的活性。我们发现CIPK23在stop1突变体中的表达显著降低,STOP1可以直接结合CIPK23的启动子区域并激活其表达。综上所述,STOP1在铵过量的情况下,通过激活CIPK23的表达来主动下调铵转运蛋白的活性,从而避免铵的过度吸收引起的毒害作用。