外生菌根真菌通过激活木质素合成通路提升马尾松磷利用效率的分子机制

推荐：针对森林生态系统中磷(P)限制影响马尾松(Pinus massoniana)生长的问题，研究人员通过外生菌根(ECM)真菌Scleroderma citrinum接种实验，结合多组学分析，揭示了ECM通过系统激活苯丙烷-木质素生物合成模块(Phenylpropanoid-lignin pathway)，显著提升宿主磷吸收效率(PUE)的分子机制，为林木低磷适应性育种提供新策略。

　　

磷是森林生态系统中限制植物生长的关键营养元素，尤其在酸性土壤中易与Al³⁺、Fe³⁺等金属离子形成难溶性复合物，导致生物有效性降低。作为我国重要用材树种，马尾松(Pinus massoniana)在低磷环境下常形成低效林分，而外生菌根(ECM)真菌虽已知能增强宿主磷吸收，但其在针叶树中的代谢调控机制尚不明确。这项发表在《Industrial Crops and Products》的研究，通过整合生理学、转录组学和基因功能验证，首次揭示了ECM真菌通过器官特异性激活苯丙烷-木质素通路提升马尾松磷利用效率的分子机制。

研究采用接种Scleroderma citrinum的马尾松幼苗为材料，设置0.01 mmol/L（低磷）和0.5 mmol/L（对照）KH₂PO₄处理，通过表型观测、磷含量测定、Illumina NovaSeq 6000转录组测序、RT-qPCR验证及拟南芥异源转化等关键技术，系统解析了ECM介导的适应性机制。

3.1 菌根形态与低磷响应

ECM接种显著改善幼苗生长，60天低磷处理后，接种组根、茎、针叶磷含量较未接种组分别提高25.8%、69.0%和19.7%，且根茎磷分配比从2.31:1优化至1.72:1，表明ECM促进磷向地上部转运。

3.2 转录组测序与差异表达分析

接种组在长期低磷胁迫下差异基因数达2229个（未接种组1188个），其中苯丙烷生物合成通路基因在针叶和根中分别上调35和38个，显示ECM显著扩大转录响应规模。

3.3 针叶转录调控特征

针叶中肉桂醇脱氢酶基因(PmCAD1-6)和过氧化物酶基因(PmPRX1-6)协同上调，促进木质素单体合成与聚合；而根部特异性诱导PmPRX7-12、β-葡萄糖苷酶(BGL)和橡胶延伸因子(REF)基因，优化共生界面细胞壁重塑。

3.7 基因功能验证

拟南芥异源表达PmCAD3和PmPRX7使叶片磷含量提升215.3%-261.7%，证实这两个关键基因在磷吸收中的功能。

该研究首次揭示ECM通过器官特异性调控苯丙烷-木质素模块增强马尾松低磷适应性的分子机制：针叶中CAD-PRX协同作用强化结构稳定性，根部PRX-BGL-REF网络优化共生界面。这种"地上加固-地下优化"的双轨策略，为针叶树-ECM共生体系提供了独特的代谢适应范式，不仅拓展了菌根生物学理论，更为选育高磷效林木品种提供了分子靶点。未来研究可结合田间试验和多元真菌群落，进一步验证该机制在自然生态系统中的普适性。