生態中心在叢枝菌根提高植物抗旱性分子機制方面取得進展

2021-01-17 中國科學院

最近，中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室陳保冬研究組在叢枝菌根提高宿主植物抗旱性分子機制研究方面取得重要進展，相關研究結果在國際著名植物學期刊《新植物學家》上發表（New Phytologist 197: 617-630；2013）。

叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)真菌在自然界中廣泛存在，能與絕大多數的陸地高等植物形成共生體系，是迄今發現的與植物關係最為密切的土壤微生物之一。很多研究表明，菌根共生體系對於植物適應各種逆境脅迫具有重要意義。有關叢枝菌根在植物抵禦乾旱脅迫中的積極作用已有較多文獻報導，但多數研究集中在AM真菌的間接作用，及菌根影響植物自身抗旱生理方面，而對於AM真菌增強植物抗旱性的直接作用，尤其是乾旱脅迫下AM真菌幫助宿主植物吸收水分的分子證據，還是一項研究空白。

陳保冬研究組採用5』-和3』-RACE技術，從AM真菌Glomus intraradices中克隆了兩個水孔蛋白基因GintAQPF1和GintAQPF2。通過畢赤酵母異源過表達證明GintAQPF1和GintAQPF2都有明顯的輸水功能。用聚乙二醇(polyethylene glycol)模擬乾旱脅迫發現，GintAQPF1和GintAQPF2在脅迫條件下蛋白活性增加，顯著促進酵母生長。正常水分條件下，玉米菌根中GintAQPF1和GintAQPF2在含叢枝的根細胞表達量最高，其次是根外菌絲，最後是萌發孢子；乾旱脅迫明顯促進了在含叢枝的根細胞和根外菌絲中GintAQPF1和GintAQPF2的表達，同時根外菌絲的生長也受到乾旱的明顯誘導。乾旱脅迫條件下，兩個水孔蛋白的高表達和菌絲生長的促進導致了宿主植物根系相對含水量的顯著增加。

該研究為叢枝菌根真菌吸收水分提供了直接的分子證據，有助於人們更全面地認識逆境脅迫下菌根真菌和宿主植物之間的互動機制，同時也揭示了AM真菌在維繫乾旱半乾旱地區脆弱生態系統結構和功能穩定中的潛在重要作用。

該項工作得到中科院知識創新工程重要方向項目和城市與區域生態國家重點實驗室自主方向項目的支持。

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