多组学视角下揭示沙漠蓝细菌Chroococcidiopsis sp. ASB-02在盐度胁迫下的适应机制

《Plant Physiology and Biochemistry》：Multi-omics insight into the adaptation mechanism of desert cyanobacterium Chroococcidiopsis sp. ASB-02 under salinity stress

本研究以接种丛枝菌根真菌（F. mosseae）的雌雄 Populus cathayana 为材料，探讨其缓解锌毒害的机制。结果显示，菌根共生通过半胱氨酸和乙烯介导途径，提升雌性杨树锌耐受性，增加木质素（34.00%）和黄酮类（77.47%）积累，促进锌吸收与转运，土壤有效锌减少44.19%，为锌污染土壤修复提供新策略。

　　在当今工业化和农业发展迅速的背景下，土壤中重金属污染问题日益严重。锌（Zn）作为植物生长所必需的微量元素，其在土壤中的含量若超出一定范围，就会对植物造成毒害。例如，当土壤中Zn含量超过400毫克/千克时，植物会出现叶黄化、生长异常，甚至死亡的现象。而在某些极端污染情况下，土壤中Zn含量可能高达3000毫克/千克以上，这不仅影响了农作物的产量，还对生态系统的平衡构成了威胁。因此，深入研究植物对Zn毒性的抵抗机制，并开发有效的、生态友好的修复策略，已成为当前研究的重要方向。

植物在面对Zn毒害时，已经进化出多种适应机制。其中，通过合成有机酸来螯合Zn离子，是常见的策略之一。有机酸可以通过其羧基（-COOH）、羟基（-OH）等官能团与Zn结合，从而降低其生物有效性，减少对细胞的直接损伤。例如，一些研究指出，植物在受到镉（Cd）、铅（Pb）或锌（Zn）等重金属胁迫时，其根部会积累更多的有机酸，如草酸（OA）、苹果酸（MA）和柠檬酸（CA），这些有机酸有助于植物维持体内金属平衡，提高抗毒性能力。然而，尽管有机酸在重金属胁迫下的作用已经被广泛研究，但其在植物性别差异中的具体表现仍不明确。

与此同时，丛枝菌根（AM）真菌在植物与土壤微生物群落的互动中扮演着重要角色。AM真菌能够与大约80%至90%的维管植物形成共生关系，通过帮助植物吸收矿物质和水分，以换取植物提供的碳水化合物。这种共生关系不仅促进了植物的生长，还增强了其对潜在有毒元素（PTEs）的耐受能力。已有研究表明，AM真菌能够通过多种机制减轻植物对Cd、Pb和砷（As）等重金属的毒性影响，包括提高营养吸收、在真菌结构中螯合金属以及减少氧化应激。然而，尽管AM真菌在缓解重金属毒害方面展现出显著效果，但其对植物性别差异中Zn毒性的具体影响仍缺乏系统研究。

本研究聚焦于雌雄异株的毛梾（*Populus cathayana*）在与AM真菌*Funneliformis mosseae*共生后的Zn毒害响应。通过实验发现，非共生的雄性毛梾在Zn毒害下的表现优于雌性毛梾，主要依赖于其较高的有机酸合成能力。然而，当毛梾与AM真菌形成共生关系后，这种性别差异被显著改变。具体而言，AM共生不仅增强了毛梾的Zn耐受能力，还通过不同的生物化学途径重塑了植物的防御策略。在雌性毛梾中，AM共生促进了木质素（lignin）和黄酮类物质（flavonoids）的积累，从而增强了其对Zn的抵抗能力，并有效缓解了氧化应激。木质素和黄酮类物质均来源于苯丙烷代谢途径，它们在细胞壁的强化和自由基的清除中发挥着重要作用。研究发现，在某些植物中，如红树林的根部，过量的铜（Cu）或锌（Zn）会导致木质素的增加，从而防止这些金属进一步在根部积累。

此外，AM共生还显著上调了雌性毛梾中与金属螯合和运输相关的基因（如*PcMT1d*、*PcZIP6*和*PcZIP7*）的表达水平，这导致了雌性毛梾对Zn的吸收和转运效率显著提高。实验数据显示，与非共生的雌性毛梾相比，AM共生的雌性毛梾中Zn的积累量增加了44.26%，而土壤中可利用的Zn含量则减少了44.19%。这一结果表明，雌性毛梾在AM共生的条件下，具有更高的Zn吸收和转运能力，因此在土壤修复方面展现出更大的潜力。

综上所述，本研究揭示了AM共生如何通过不同的生物化学途径增强毛梾对Zn毒性的抵抗能力，并阐明了雌雄毛梾在Zn毒害下的性别差异。研究发现，尽管雄性毛梾在Zn毒害下的生理状态相对较好，但AM共生显著改变了这种性别差异，使得雌性毛梾在抵抗Zn毒害方面表现出更强的适应能力。这不仅为理解植物对重金属的性别差异响应提供了新的视角，也为利用AM共生技术进行Zn污染土壤的修复提供了理论依据。因此，本研究的结果表明，雌性毛梾与AM真菌的共生关系在重金属污染土壤的修复中具有重要的应用价值。