近日，林學與風景園林學院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室唐明教授團隊在國際權(quán)威期刊Plant Physiology發(fā)表題為“Rhizophagus irregularis regulates RiCPSI and RiCARI expression to influence the drought tolerance of plant”的研究論文。該論文揭示了叢枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌異形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis）通過調(diào)控菌根氮轉(zhuǎn)運途徑關(guān)鍵基因RiCPSI和RiCARI，增強宿主植物養(yǎng)分供給和抗氧化作用，提高耐旱性的分子機制。

　　AM真菌能夠與超過72%的陸地維管植物形成有益的共生關(guān)系，協(xié)助植物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分和水分，增強植物抵御干旱脅迫的能力，但現(xiàn)有研究對干旱脅迫下菌根氮轉(zhuǎn)運途徑的分子調(diào)控機制知之甚少。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下菌根氮轉(zhuǎn)運途徑相關(guān)基因RiCPSI、RiCARI、RiURE、RiODC和RiGCL的表達提高，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（Host-induced gene silencing，HIGS）和宿主介導基因過表達（Host-induced gene overexpressing，HIGO）技術(shù)，闡明AM真菌通過上調(diào)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(lián)，通過上調(diào)叢枝中RiCPSI的表達，促進AM真菌腐胺和谷胱甘肽的合成，清除干旱誘導的過量ROS，提高AM真菌耐旱性（圖1）。

圖1

　　該研究根據(jù)AM真菌與宿主植物間的營養(yǎng)交換機制，提出了HIGO方法，正向驗證了AM真菌的基因功能。通過設(shè)置AM真菌與宿主植物根系之間的營養(yǎng)交換條件，加速AM真菌叢枝結(jié)構(gòu)與宿主根系細胞間的物質(zhì)交換，提高轉(zhuǎn)運大分子的囊泡從宿主根系細胞向叢枝內(nèi)的轉(zhuǎn)運，實現(xiàn)宿主細胞內(nèi)過表達的RiCPSI基因mRNA由植物向AM真菌體內(nèi)的大量轉(zhuǎn)運并過量表達（圖2）。這項技術(shù)為研究AM真菌基因在AM真菌與宿主植物共生關(guān)系中的作用機制提供了一種新的策略。

圖2

  林學與風景園林學院博士研究生王志豪為論文第一作者，唐明教授和胡文濤副教授為論文通訊作者，團隊陳輝教授、博士生梁京威、美國東斯特勞斯堡大學張詩淇副教授、中科院南海海洋研究所江志堅研究員參與了此研究。研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實驗室等項目的資助。

　　相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae645

來源/林學與風景園林學院