近日,我校生命科学学院戴传超教授课题组揭示了根系内生真菌通过调节植物-真菌交界面的氮通量差异调控宿主拟南芥对硝酸根和铵根营养的响应。该研究成果以“Root endophyte differentially regulates plant response to NO3- and NH4+ nutrition by modulating N fluxes at the plant-fungal interface”为题发表于植物学领域权威期刊Plant, Cell & Environment(5年影响因子7.79),,戴传超教授为论文的通讯作者,孙凯博士后为第一作者。
不合理的施肥模式导致土壤中无机氮资源分布不均,造成了许多农业问题。在自然生态系统中,根系-共生真菌互作往往受到土壤硝酸根/铵根(NO3-/NH4+)分布不均的影响。而这些真菌利用不同土壤氮素形式的能力,对宿主植物来说是一种竞争优势。因此,了解根系共生真菌如何影响植物对无机氮素形式的响应非常重要。
戴传超教授课题组以拟南芥-枫香拟茎点霉共生体系为研究对象,发现在NO3-条件下,真菌接种显著促进了幼苗生长,但是在NH4+条件下,该内生真菌抑制了幼苗生长。有趣的是,在高NH4+条件下,真菌定殖的根系表现出显著增加的NH4+积累和外排,类似于NH4+水平升高引起的“铵毒”表型。该真菌在与宿主根部相互作用过程中排出了NH4+,从而导致在高NH4+条件下植物-真菌界面处的NH4+水平增加。一株亚硝酸还原酶缺失菌株(Δnir)相比于野生型菌株对高NH4+水平适应性更强,同时该真菌接种可以在高NH4+条件下部分恢复植物生长和氮代谢。随后,研究通过转录组分析了真菌接种后植物对不同氮素形式的转录响应,发现了植物参与微生物感知、离子转运、植物氮代谢和氮响应相关基因表达的变化。
该研究结果强调了根系内生真菌在植物适应土壤氮养分中的基本功能。更广泛地说,根际土壤中的微生物区系要复杂得多,宿主植物可以选择性地塑造其微生物区系,以响应特定环境中氮的有效性,从而指出有益微生物对农业生态系统的重要性。
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