球囊霉素N端无序尾区超强结合土壤矿物的机制及其对团聚体稳定性的显著增强作用

本研究通过基因工程和冷冻电镜（cryo-EM）首次解析了丛枝菌根真菌（AMF）分泌的纯化球囊霉素（glomalin）的同源十四聚体结构，揭示了其N端约39个氨基酸组成的无序尾区（disordered tail）通过超强结合土壤矿物（如针铁矿GOE、γ-二氧化锰γ-MnO2和蒙脱石MMT）显著提升土壤水稳性团聚体形成的分子机制。单分子力谱（SMFS）和衰减全反射傅里叶红外光谱（ATR-FTIR）证实其结合力远超腐殖酸（HA）和牛血清白蛋白（BSA），为土壤改良剂开发提供理论依据。

　　

Highlight

球囊霉素（glomalin）的N端无序尾区通过超强结合土壤矿物显著增强团聚体稳定性

Results

通过基因工程技术获得高纯度球囊霉素，并利用冷冻电镜（cryo-EM）解析其十四聚体结构。实验证明，球囊霉素的添加显著提升了土壤水稳性团聚体和宏团聚体的形成。单分子力谱（SMFS）和衰减全反射傅里叶红外光谱（ATR-FTIR）显示，这种增强效应源于球囊霉素与土壤矿物的强力结合。

Structural Insights

球囊霉素的结构分析表明，其N端由约39个氨基酸组成的无序尾区是超强结合能力的关键。与大肠杆菌热休克蛋白60（E. coli Hsp60）的序列比对及突变体实验进一步验证了该区域的功能重要性。

Discussion

本研究不仅阐明了球囊霉素改善土壤结构的内在机制，还为其作为生态友好型土壤改良剂的大规模生产提供了可能。其无序尾区的特殊结构设计为仿生粘附材料开发提供了新思路。

Conclusion

球囊霉素通过N端无序尾区与矿物的超强结合，成为土壤团聚体稳定的核心驱动力，这一发现对促进土壤有机碳固存和可持续农业实践具有重要意义。