编辑推荐：
本文聚焦于根真菌内生菌（Tinctoporellus 物种分离株 AR8）与植物的共生关系。研究发现，AR8 可通过调节苯丙烷（phenylpropanoid）生物合成和生长素（auxin）信号通路，促进芸苔科植物生长，为生物肥料在农业中的应用提供了理论依据，极具科研与应用价值。
引言
根际为众多微生物提供了生态位，其中真菌群落（mycobiota）与植物的相互作用对植物生长、健康和适应能力至关重要。根真菌内生菌能为非菌根植物提供有益功能，研究其与植物的共生关系，有助于拓展对跨界相互作用生态相关性的认识，为可持续农业发展提供新策略。
苯丙烷生物合成是植物特有的代谢途径，连接核心代谢与次生代谢，在植物适应环境和抵御压力方面发挥重要作用。同时，苯丙烷与生长素信号 / 运输密切相关，影响植物生长表型。然而，苯丙烷在有益真菌促进植物生长中的作用尚不清楚。
芸苔科植物属于非菌根共生植物，包含多种具有重要科学和农业价值的物种。本研究旨在探究根真菌内生菌 AR8 对芸苔科植物生长的影响及其潜在机制。
结果
- AR8 的鉴定与特征：从拟南芥（Arabidopsis thaliana）根际分离得到真菌菌株 AR8，经鉴定为Tinctoporellus epimiltinus。AR8 在含有菜心（Brassica rapa var. parachinensis）根的环境中，分生孢子萌发和生长显著加快，表明其生活方式受宿主植物影响。
- AR8 在菜心根中的定殖：通过活细胞共聚焦成像发现，AR8 在接种 4 天后附着在菜心根表面，7 天后开始进入根内，在根表皮细胞间形成细胞间菌丝，并逐渐向根皮层扩展。14 天后，AR8 在根皮层内形成广泛的细胞内和细胞间菌丝网络，且未对宿主根细胞造成明显损伤，表明 AR8 是一种内生真菌，与植物根建立了互利共生关系。
- AR8 对植物生长和代谢的影响：在土壤条件下，AR8 接种显著提高了菜心和芥蓝（Brassica oleracea var. alboglabra）的地上部生物量，在田间试验中也得到了类似结果，表明 AR8 具有促进植物生长的活性，有潜力作为生物肥料应用于现代农业系统。
基于质谱的代谢组学分析表明，AR8 接种显著影响了菜心在幼苗期和成年期的代谢组。在 14 天幼苗期，苯丙烷生物合成和缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、精氨酸生物合成途径显著改变；在 21 天成年期，酪氨酸生物合成、硫代葡萄糖苷生物合成和磷脂酰肌醇信号系统显著改变。进一步对羟基肉桂酸（HCAs）及其衍生物的靶向分析发现，AR8 接种后，HCAs 在幼苗期和成年期的含量变化趋势不同，其衍生物含量在 AR8 接种组均高于对照组，且差异随时间逐渐减小，证实了 AR8 接种导致菜心苯丙烷生物合成途径的重编程。
4. 苯丙烷生物合成对 AR8 促进植物生长的必要性：通过对拟南芥野生型和pal1突变体的研究发现，pal1突变体中 AR8 介导的植物生长促进作用显著降低，表明功能性苯丙烷途径在宿主与 AR8 的有益相互作用中至关重要。
外源性添加肉桂酸（cinnamic acid）可促进菜心地上部生物量增加，且与 AR8 共同处理时效果更显著。进一步研究发现，顺式肉桂酸（c-CA）是具有促进植物生长活性的形式，而反式肉桂酸（t-CA）对 AR8 接种的pal1突变体植物生长无促进作用。此外，p- 香豆酸（p-CA）可恢复 AR8 介导的pal1突变体植物生长促进缺陷，表明p-CA 及下游单木质醇可能是 AR8 接种植物中促进植物生长表型的关键调节因子。
5. AR8 介导植物生长促进过程中生长素信号的系统调控：利用生长素报告株系DR5:GFP研究发现，AR8 接种后，幼苗根尖的 GFP 信号增强，表明 AR8 调节根中的生长素信号，可能通过影响生长素生物合成实现。
通过对根或地上部施加生长素抑制剂 L - 犬尿氨酸（L-Kyn）的实验表明，AR8 驱动宿主根中局部生长素生物合成，并通过运输促进地上部生物量增加。在YUC5 YUC8 YUC9（YUC589）突变体中，AR8 介导的植物生长促进表型受损，进一步证实了 AR8 对宿主生长素调控机制在植物生长促进中的重要作用。
对生长素响应基因表达的分析发现，AR8 接种激活了根中生长素依赖途径，同时调节了叶片中生长素响应基因的表达，影响细胞增殖和器官大小。在pal1突变体中，AR8 介导的生长素信号诱导缺失，而外源性添加p-CA 可恢复SAUR63的表达，表明苯丙烷在 AR8 介导的生长素信号调节和植物生长增强中起重要作用。
讨论
AR8 是一种在芸苔科蔬菜和拟南芥中具有促进植物生长作用的真菌。基于 ITS 的系统发育分析表明，AR8 与Tinctoporellus物种关系密切，其生活方式可能从木腐菌演化而来。然而，AR8 共生发育和功能的遗传基础仍有待确定，未来需对其全基因组进行注释和分析。
AR8 促进植物生长与 HCAs 及其衍生物有关，苯丙烷途径的木质素分支在 AR8 介导的植物生长促进中可能起重要作用。功能性苯丙烷途径和木质素沉积是恢复 / 改善 AR8 介导的植物生长促进作用的关键因素，突变体中苯丙烷途径的改变会影响生长素信号和植物生长。
AR8 调节宿主根中局部生长素生物合成和信号传导，YUC基因在其中起重要作用。与其他根真菌内生菌不同，AR8 定殖根中较高的生长素含量更可能来源于宿主植物。根源生长素在 AR8 介导的植物生长促进表型中起关键作用，但也不能排除生长素非依赖机制的参与。
本研究中，Tinctoporellus物种 AR8 菌株与植物建立了互利共生关系，通过调节苯丙烷途径代谢变化和生长素调控机制，促进植物生长。对植物 - 真菌相互作用系统的深入了解，将有助于生物肥料在可持续农业中的应用。
研究局限性
AR8 与植物宿主相互作用过程中，生长素调控机制复杂，需进一步研究苯丙烷如何与生长素相互作用和共同调节。此外，还需确定 AR8 是否通过提供真菌衍生代谢物诱导局部生长素生物合成，以及追踪根到地上部的生长素运输，以深入了解这一复杂的相互作用网络。
资源可用性
如需进一步信息、资源和试剂，可联系通讯作者 Naweed I. Naqvi（naweed@tll.org.sg）。本研究中产生的真菌分离株 AR8 可应要求提供用于非商业用途。质谱 / 代谢组学数据可在 MetaboLights 数据库（登录号 MTBLS12374）获取，其他数据可向通讯作者索取。
致谢
感谢 Poonguzhali Selvaraj、Wenhui Zheng 和 Keyu Gu 在项目初期的帮助，感谢真菌病理生物学小组的讨论和建议，感谢 Sanjay Swarup 实验室（新加坡国立大学）在代谢组学方面的帮助及提供拟南芥pal1突变体，感谢 Yang Fan 在共聚焦成像方面的技术支持。本研究得到了新加坡国家研究基金会、新加坡食品局和淡马锡生命科学实验室的资助。
作者贡献
C.-Y.C. 和 N.I.N. 设计实验，C.-Y.C. 进行实验，两人共同分析数据、撰写手稿。N.I.N. 提供资金支持、资源和项目管理，两人均同意最终提交的手稿版本。
利益声明
由于已就真菌分离株 AR8 和 / 或t-CA 的商业用途提交了临时专利申请（参考编号 E202305080336XPF1WX），作者声明本研究存在利益冲突。
