近日，我校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、陈辉教授团队连续在国际知名学术期刊Microbiology Spectrum（中科院1区Top，影响因子9.043）和Industrial Crops and Products（中科院农学一区）发表菌根真菌提高植物抗逆性研究论文。
该团队在Microbiology Spectrum期刊上发表了题为“Insights on the impact of arbuscular mycorrhizal symbiosis on Eucalyptus grandis tolerance to drought stress”的研究论文。该论文深入探讨了AM真菌异形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis）对巨桉（Eucalyptus grandis）幼苗生长的影响，从生理和分子层面阐明了AM真菌共生在巨桉应对干旱胁迫中的积极作用，为AM真菌增强农林抗旱能力提供理论依据。林学与风景园林学院博士生王思佳为论文第一作者，陈辉教授和唐明教授为共同通讯作者，谢贤安，胡文涛老师和其他研究生参与了此项研究。（论文链接：https://doi.org/10.1128/spectrum.04381-22）。
干旱胁迫导致植物生长发育受到抑制，是影响农林业生产的主要限制因素。AM真菌不仅可以促进植物对磷（P）等养分的吸收，还可以保护植物免受干旱、极端温度和重金属等多种非生物胁迫的危害，是提高农林作物和树木耐旱性的有效途径之一。因此，揭示AM真菌对巨桉耐旱相关基因表达的影响，对提高桉树耐旱性和森林生态系统的质量具有重要意义。
图1. 干旱胁迫下接种AM真菌对巨桉生长的影响
研究发现接种AM真菌显著提高了巨桉叶片、根系鲜重、株高、根长以及叶片相对含水量，增强了巨桉抗氧化酶活性（SOD，POD，CAT）和光合作用能力，降低了脯氨酸，过氧化氢（H2O2），丙二醛（MDA）以及超氧阴离子（O2.-）等活性物质的积累。AM真菌通过调节活性物质积累、抗氧化酶系统和光合作用等生理过程提高巨桉的耐旱性。
图2. 干旱胁迫下接种AM真菌对巨桉抗氧化酶活性的影响
研究鉴定了18个来自巨桉的丝裂原活蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）蛋白基因。在中度和重度干旱胁迫下，EgMPKKK-2、EgMPKKK-3、EgMKK1等12个基因受菌根特异性诱导表达，重度干旱胁迫下EgMPKKK-1、EgMKK9-1、EgMPK1、EgMPK7、EgMPK-1表达显著升高。并且MAPK基因表达水平与抗氧化物质含量存在显著相关性。此研究从生理和分子角度阐释了AM真菌提高巨桉耐旱性的机制，揭示了MAPK途径增强巨桉耐旱能力的关键作用。
研究得到了国家自然科学基金、岭南现代农业实验室项目、广州市重大科技计划等项目的资助。
同时，唐明、陈辉教授团队针对华南地区夏季高温和冬季低温制约多年生黑麦草产业发展的关键因素，系统研究了AM真菌在高温和低温胁迫下对多年生黑麦草光合能力、抗氧化酶活性、非酶抗氧化剂和内源激素含量的影响，阐明AM真菌对抗氧化酶编码基因和内源性激素相关基因表达的调控作用，揭示菌根化多年生黑麦草对高温/低温耐受性的机制。相关研究发表在Industrial Crops and Products（中科院农学一区）（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.116412）。林学与风景园林学院博士生卫宏健为该论文第一作者，陈辉教授和唐明教授为共同通讯作者，胡文涛老师和其他研究生参与了此项研究。
图3 高温和低温胁迫下多年生黑麦草抗氧化酶活性与内源激素水平的分析
AM共生诱导多年生黑麦草抗氧化酶相关的编码基因，以及内源激素的编码和信号基因表达水平，进而增加植物的抗氧化防御水平和调节激素的代谢，缓解高温和低温胁迫造成的氧化损伤。此研究将对深入探究丛枝菌根共生介导的植物温度耐受性机制，减轻因极端高温和低温造成的植物损伤提供新的途径和思路。
图4 AM真菌提高多年生黑麦草高温/低温耐受性的模式图
本研究得到国家自然科学基金、岭南现代农业科学与技术广东省实验室等项目的资助。
文图/林学与风景园林学
