2022年1月17日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊New Phytologist（IF2020=10.152，生物學(xué)一區(qū)Top）在線發(fā)表了我校林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室唐明教授團(tuán)隊(duì)題為“A SPX domain-containing phosphate transporter from Rhizophagus irregularis handles phosphate homeostasis at symbiotic interface of arbuscular mycorrhizas”的研究論文。文章報(bào)道了叢枝菌根真菌異形根孢囊霉中一個(gè)含有SPX結(jié)構(gòu)域的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白RiPT7參與叢枝菌根共生界面磷平衡與輸出過程，調(diào)節(jié)菌根共生體發(fā)育和提高菌根植物對土壤磷的攝取，揭示了叢枝菌根真菌精細(xì)調(diào)控共生界面磷營養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)新的分子機(jī)制。
叢枝菌根（Arbuscular Mycorrhizal，AM）真菌改善植物磷素營養(yǎng)的分子機(jī)制是植物微生物學(xué)長期關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)科學(xué)問題，長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對叢枝菌根磷吸收途徑的研究主要集中于宿主植物磷轉(zhuǎn)運(yùn)過程，其次是AM真菌根外菌絲中磷吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)過程，而對AM真菌磷轉(zhuǎn)運(yùn)基因參與叢枝中磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)過程的研究尚不充分，尤其是叢枝中的磷酸鹽被卸載到環(huán)叢枝空間的分子機(jī)制仍不清楚，因此，本研究以課題組近年來對AM真菌PHT1型磷轉(zhuǎn)運(yùn)受體、PHO1型磷轉(zhuǎn)運(yùn)子及AM特異性PHT1型磷轉(zhuǎn)運(yùn)子正調(diào)控AM途徑磷吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)過程等系統(tǒng)性研究工作為基礎(chǔ)，進(jìn)一步提出理解AM共生體中磷酸鹽輸出轉(zhuǎn)運(yùn)過程與AM真菌調(diào)控共生界面磷代謝平衡的分子機(jī)制等重要問題。
研究發(fā)現(xiàn)異形根孢囊霉中RiPT7蛋白是由1個(gè)SPX結(jié)構(gòu)域和12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域組成的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)子，在真菌物種中保守進(jìn)化。RiPT7定位于真菌細(xì)胞膜上，通過自身SPX結(jié)構(gòu)域調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外磷酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)和平衡。將SPX結(jié)構(gòu)域RiSPX287和跨膜結(jié)構(gòu)域RiPF939從RiPT7中分離出來，通過酵母異源表達(dá)發(fā)現(xiàn)，RiSPX287的缺失并不影響RiPF939在酵母細(xì)胞膜中的定位。在缺磷條件下，RiPT7蛋白被內(nèi)吞到液泡中降解；當(dāng)環(huán)境中磷濃度較高時(shí)，RiPT7轉(zhuǎn)運(yùn)子促進(jìn)酵母細(xì)胞吸收磷酸鹽，而RiSPX287則表現(xiàn)為抑制磷酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)。以上結(jié)果表明RiPT7作為一種重要的無機(jī)磷酸鹽雙向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，并通過其自身SPX結(jié)構(gòu)域精細(xì)調(diào)控真菌磷酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)與平衡。
進(jìn)一步利用病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）和宿主誘導(dǎo)基因沉默（HIGS）技術(shù)失活RiPT7基因，結(jié)果導(dǎo)致根內(nèi)菌絲含隔膜（AM真菌菌絲死亡的標(biāo)志）、叢枝過早降解和泡囊豐度減少，表明RiPT7是維持AM真菌在根內(nèi)生長和叢枝發(fā)育的重要基因。研究還發(fā)現(xiàn)沉默RiPT7會抑制AM真菌中磷信號（Phosphate-responsive signaling, PHO）途徑中磷響應(yīng)和磷轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因以及多聚磷酸鹽降解相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性； RiPT7的失活卻激活了多聚磷酸鹽合成相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而影響叢枝的發(fā)育和AM共生界面磷酸鹽穩(wěn)態(tài)。
研究揭示了AM真菌中SPX型磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有磷酸鹽吸收與卸載的雙重功能，并能通過其自身SPX結(jié)構(gòu)域精細(xì)調(diào)控真菌體內(nèi)磷酸鹽的平衡；在中低磷條件下，RiPT7轉(zhuǎn)運(yùn)子是AM共生界面磷酸鹽輸出轉(zhuǎn)運(yùn)的重要組分之一。研究填補(bǔ)了叢枝菌根卸載磷酸鹽到環(huán)叢枝空間過程的分子機(jī)制的空白，為AM真菌在中低磷土壤區(qū)域改善植物磷營養(yǎng)狀況及其生產(chǎn)力的提升提供了理論依據(jù)。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院、亞熱帶國重室謝賢安副教授、研究生賴文珍為并列第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐明教授為通訊作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院陳輝教授和胡文濤博士以及其他研究生參與了該工作。研究受到國家自然科學(xué)基金、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、廣州市重大科技計(jì)劃以及華南農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17973（文圖/林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院）
