菌根共生提高酸棗抗鹽的秘密獲破解

黃河灘地冬棗棗園土壤次生鹽堿化狀況。

鹽脅迫下菌根化棗樹的適應機制。 圖片均由論文作者提供

在逆境條件下，植物通常會在根際招募微生物來提高自身的適應能力。叢枝菌根真菌就是這樣一種土壤微生物，它們與根系共生促進植物生長發育。

棗樹是原產我國的重要的經濟林樹種，栽培面積達200萬公頃。目前，干旱和土壤鹽漬化是主產區棗樹生產的主要逆境限制因素。已有研究表明，植物的耐鹽性與植物維持鉀、鈉離子穩態的能力密切相關。

酸棗是棗樹的野生種，在棗樹栽培中作為砧木廣泛使用。但是，在酸棗樹的生長中，菌和根共生是如何在生理和分子層面上發揮作用的科學問題一直未有解答。

近日，西北農林科技大學黃建副研究員帶領課題組揭開了這一生物學現象的秘密。

黃建課題組在酸棗樹研究中發現，菌根共生對鈉離子的吸收和轉運具有促進作用，但對鉀離子在樹葉中的積累效應更強。通過比較轉錄組分析和酵母功能互補研究，課題組發現菌根共生以誘導ZjHAH7基因的表達啟動氫離子的外排，提高酸棗對鉀離子的吸收和轉運是維持樹葉中鉀鈉離子穩態的主要途徑。

黃建介紹：以往研究表明，在菌根互惠共生關系中，宿主植物主要以脂肪酸為主要碳源的形式提供給共生真菌，并轉化成甘油三酯的形式儲存在菌根真菌細胞中。

而黃建課題組在該研究中發現，菌根共生不僅提高了酸棗根系的脂肪酸含量，而且同步提高了葉片的脂肪酸含量，尤其是棕櫚酸、油酸、反式油酸和亞油酸。

“課題組還進一步通過測定菌根化的楊樹和苜蓿植株的脂肪，證實了菌根共生提高葉片中脂肪酸含量也是一種保守的共生生理效應。” 黃建進一步補充。

他們的相關研究成果發表在近日出版的《植物生理學》（Plant Physiology）上。論文闡明了課題組對脂肪酸合成通路相關基因的表達模式進行分析，發現菌根共生對酸棗根和葉中脂肪酸生物合成和積累的調控機制存在差異，菌根共生雖然提高了根中甘油三酯的含量，但葉中甘油三酯并未增加；又通過對甘油三酯合成通路相關基因分析發現，在根中僅有ZjDGAT2基因在菌根共生后上調，葉中無明顯的調控作用。研究也進一步表明酸棗根中甘油三酯的增加主要來自菌根真菌中儲存利用的部分，而葉中雖然脂肪酸含量顯著提高，但并不以甘油三酯的形式進行儲存。

相關領域專家認為，該研究為菌根共生提高木本植物對鹽脅迫的適應性提供了一個全面的認識，闡明了菌根共生提高宿主植物離子穩態的機制，發現了菌根共生調控宿主植物脂肪酸代謝的新效應。

博士研究生馬志博為論文的第一作者，黃建副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目、新疆生產建設兵團塔里木盆地生物資源保護與利用實驗室重點開放課題和唐仲英基金的資助。