叢枝菌根真菌調控氮代謝增強植物耐旱機制

華南農業大學林學與風景園林學院教授唐明團隊同合作者，研究揭示了叢枝菌根真菌異形根孢囊霉通過調控菌根氮轉運途徑關鍵基因RiCPSI和RiCARI，增強宿主植物養分供給和抗氧化作用，提高耐旱性的分子機制。相關成果近日發表于《植物生理》（Plant Physiology）。

論文第一作者、華南農業大學林學與風景園林學院博士研究生王志豪表示，叢枝菌根真菌能夠與超過72%的陸地維管植物形成有益的共生關系，協助植物吸收礦質養分和水分，增強植物抵御干旱脅迫的能力，但現有研究對干旱脅迫下菌根氮轉運途徑的分子調控機制知之甚少。

該研究由唐明團隊和美國東斯特勞斯堡大學副教授張詩淇、中國科學院南海海洋研究所研究員江志堅合作完成。在國家自然科學基金、廣東省自然科學基金等項目的資助下，研究發現，干旱脅迫下菌根真菌提高宿主氮轉運途徑相關基因RiCPSI、RiCARI、RiURE、RiODC和RiGCL的表達，原位雜交試驗顯示叢枝中RiCARI和RiCPSI受干旱脅迫顯著誘導。通過宿主介導基因沉默和宿主介導基因過表達（HIGO）技術，闡明叢枝菌根真菌通過上調叢枝中RiCARI的表達，促進菌根植物的NH₄⁺吸收和代謝，提高宿主植物的耐旱性。此外，RiCPSI與RiODC和RiGCL的表達偶聯，通過上調叢枝中RiCPSI的表達，促進叢枝菌根真菌腐胺和谷胱甘肽的合成，清除干旱誘導的過量ROS，提高叢枝菌根真菌耐旱性。

該研究根據叢枝菌根真菌與宿主植物間的營養交換機制，提出了HIGO方法，正向驗證了叢枝菌根真菌的基因功能。通過設置叢枝菌根真菌與宿主植物根系之間的營養交換條件，加速叢枝菌根真菌叢枝結構與宿主根系細胞間的物質交換，提高轉運大分子的囊泡從宿主根系細胞向叢枝內的轉運，實現宿主細胞內過表達的RiCPSI基因mRNA由植物向叢枝菌根真菌體內的大量轉運并過量表達。

論文共同通訊作者唐明表示，該研究技術為研究叢枝菌根真菌基因在叢枝菌根真菌與宿主植物共生關系中的作用機制提供了一種新的策略。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae645