近日，林学与风景园林学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、岭南现代农业科学与技术广东省实验室唐明教授团队在国际权威期刊Plant Physiology发表题为“Rhizophagus irregularis regulates RiCPSI and RiCARI expression to influence the drought tolerance of plant”的研究论文。该论文揭示了丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌异形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis）通过调控菌根氮转运途径关键基因RiCPSI和RiCARI，增强宿主植物养分供给和抗氧化作用，提高耐旱性的分子机制。
AM真菌能够与超过72%的陆地维管植物形成有益的共生关系，协助植物吸收矿质养分和水分，增强植物抵御干旱胁迫的能力，但现有研究对干旱胁迫下菌根氮转运途径的分子调控机制知之甚少。本研究发现，干旱胁迫下菌根氮转运途径相关基因RiCPSI、RiCARI、RiURE、RiODC和RiGCL的表达提高，原位杂交试验显示丛枝中RiCARI和RiCPSI受干旱胁迫显著诱导。通过宿主介导基因沉默（Host-induced gene silencing，HIGS）和宿主介导基因过表达（Host-induced gene overexpressing，HIGO）技术，阐明AM真菌通过上调丛枝中RiCARI的表达，促进菌根植物的NH4+吸收和代谢，提高宿主植物的耐旱性。此外，RiCPSI与RiODC和RiGCL的表达偶联，通过上调丛枝中RiCPSI的表达，促进AM真菌腐胺和谷胱甘肽的合成，清除干旱诱导的过量ROS，提高AM真菌耐旱性（图1）。
图1
该研究根据AM真菌与宿主植物间的营养交换机制，提出了HIGO方法，正向验证了AM真菌的基因功能。通过设置AM真菌与宿主植物根系之间的营养交换条件，加速AM真菌丛枝结构与宿主根系细胞间的物质交换，提高转运大分子的囊泡从宿主根系细胞向丛枝内的转运，实现宿主细胞内过表达的RiCPSI基因mRNA由植物向AM真菌体内的大量转运并过量表达（图2）。这项技术为研究AM真菌基因在AM真菌与宿主植物共生关系中的作用机制提供了一种新的策略。
图2
林学与风景园林学院博士研究生王志豪为论文第一作者，唐明教授和胡文涛副教授为论文通讯作者，团队陈辉教授、博士生梁京威、美国东斯特劳斯堡大学张诗淇副教授、中科院南海海洋研究所江志坚研究员参与了此研究。研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、岭南现代农业实验室等项目的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae645
来源/林学与风景园林学院