菌根真菌是土壤中一類古老的有益真菌，能夠與地球上90%以上的陸地植物的根系形成「菌根」互惠共生體，促進植物對土壤中水分和養分的吸收利用，並提高植物抵禦生物和非生物脅迫的能力。因此，研究菌根共生不僅可以揭示植物對環境適應的演化機制，而且對於提高資源利用效率，減少化肥施用，保護生態環境和促進農業可持續發展具有重要的意義。
氮和磷是農業生產中需求最大的兩大必需營養元素。之前菌根共生提高植物對土壤磷素的吸收利用及其作用機制較為明確，也有間接證據顯示菌根真菌可以從土壤中吸收銨態氮並傳遞給植物。然而，在絕大多數的旱地土壤中，硝態氮是最主要的無機氮素形態，因此，宿主植物如何從菌根真菌獲取氮素並促進對土壤氮素的吸收利用一直不清楚。
通過15NO3-標記發現，水稻通過菌根真菌（菌根途徑）吸收的氮佔到總氮的40%以上。採用轉錄組測序發現，NPF4.5及其同源基因在水稻、玉米和高粱菌根中被強烈特異誘導表達。通過在異源體系功能驗證和NPF4.5基因的敲除分析，明確了水稻OsNPF4.5是一個低親和硝酸鹽轉運蛋白，發現菌根途徑貢獻的氮大約有45%通過NPF4.5轉運。增強NPF4.5表達豐度可以顯著促進水稻生長和提高氮素吸收效率。
通過對菌根共生促進氮吸收效率的科學評價和分子機制的解析（圖1），該論文首次揭示了至少在禾本科作物中存在高度保守、高效的菌根硝酸鹽吸收途徑。該研究成果為將來利用菌根共生系統提高植物氮素利用效率提供了理論依據和技術支撐。
該研究由南京農業大學資源與環境科學學院植物營養分子遺傳課題組主導完成，美國德州理工大學合作參與了部分研究工作。南京農業大學王雙雙博士生和陳愛群教授為共同第一作者，陳愛群教授、徐國華教授和LuisHerrera-Estrella教授為共同通訊作者。該工作主要得到了國家重點研發計劃項目（2016YFD0100700）、國家自然科學基金項目的資助。
圖1.硝酸鹽轉運蛋白NPF4.5參與菌根共生途徑硝酸鹽吸收