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为解决野生金荞麦（Fagopyrum cymosum）因极端干旱濒危及人工种植耐旱性不足问题，研究人员分析其内生真菌多样性，筛选出具耐旱促生长能力的镰刀菌 R2 等菌株，发现其通过叶酸代谢增强耐旱性，为农业抗旱提供新方向。
在气候变化加剧的背景下，干旱胁迫已成为威胁植物生存与农业生产的重要挑战。野生金荞麦（
Fagopyrum cymosum）作为我国重要的药用及食用植物，因过度采收和极端气候影响，面临种群锐减的危机。其生长对水分条件敏感，近年来频发的高温干旱天气使其野生资源濒临枯竭，人工种植也因耐旱性不足导致产量和品质波动。因此，挖掘金荞麦应对干旱的内在机制，开发可持续的生物抗旱策略迫在眉睫。
为破解这一难题，凉山州西昌农业科学研究院高原作物研究所与中国农业科学院合作的研究团队，聚焦金荞麦内生真菌资源，开展了一系列研究。团队通过多维度分析，揭示了内生真菌在金荞麦抗旱过程中的关键作用，相关成果发表在《Environmental and Experimental Botany》。
研究采用的主要技术方法包括：采集 6 个原生境的野生金荞麦样本，利用高通量测序分析内生真菌 ITS 序列，结合 Pearson 相关分析筛选与干旱相关的菌株；通过 PEG 模拟干旱的体外培养实验，检测菌株的耐旱性和 IAA 分泌能力；运用盆栽和水培实验验证菌株对金荞麦表型及生理指标（如 POD、MDA、脯氨酸等）的影响；借助非靶向代谢组学和实时定量 PCR（qRT-PCR）筛选关键代谢物及相关基因；通过外源性叶酸喷施实验验证叶酸在抗旱中的作用。
3.1 金荞麦内生真菌多样性的生境与组织差异
研究对 18 份金荞麦样本进行 ITS 高通量测序，获得超 400 万条高质量序列，鉴定出 1122 个 OTU。结果显示，不同生境和组织的内生真菌组成差异显著：干旱地区（如西藏林芝）的金荞麦携带更丰富的耐旱真菌类群，茎组织的真菌多样性最高，而根部真菌组成与土壤环境密切相关。优势类群包括子囊菌门（Ascomycota）、座囊菌纲（Dothideomycetes）等，其中镰刀菌属（Fusarium）、炭疽菌属（Colletotrichum）和角担菌属（Ceratobasidium）的丰度与降水量呈负相关，提示其潜在的抗旱功能。
3.2 耐旱促生长菌株的筛选与鉴定
通过 Pearson 相关分析，锁定与干旱高度相关的 3 个属，并从样本中分离出 59 株内生真菌。经体外 PEG 胁迫实验和 IAA 分泌检测，筛选出 3 株兼具强耐旱性和促生长能力的菌株：镰刀菌 R2（Fusarium sp. R2）、角担菌 R14（Ceratobasidium sp. R14）和炭疽菌 L5（Colletotrichum sp. L5）。其中，镰刀菌 R2 在 12% PEG 培养基上生长稳定，IAA 分泌量最高，显示出最优应用潜力。
3.3 菌株定植能力与抗旱表型验证
荧光染色显示，3 株菌株均可成功定植于金荞麦根部。盆栽实验表明，干旱条件下（RWC 30%-50%），接种菌株的金荞麦株高、茎粗和含水量显著高于未接种组，抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性和渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖）含量显著提升，丙二醛（MDA）含量降低，表明其通过增强抗氧化系统和渗透调节能力缓解干旱损伤。水培实验进一步证实，镰刀菌 R2 处理的幼苗在 15% PEG 胁迫下几乎无卷叶现象，生理指标改善最为显著。
3.4 叶酸代谢作为关键抗旱机制的发现
代谢组学分析显示，镰刀菌 R2 定植的金荞麦在干旱条件下叶酸（folic acid）及其代谢相关化合物显著富集。qRT-PCR 结果表明，叶酸合成关键基因（如 DHFR-TS、ADCS、GTPCHI）在根叶组织中表达上调。外源性叶酸喷施实验证实，150 μM 叶酸处理可模拟菌株的抗旱效果，显著提高金荞麦的叶酸含量、二氢叶酸还原酶（DHFR）活性及抗氧化酶活性，减轻干旱胁迫损伤。此外，镰刀菌 R2 在干旱条件下自身叶酸分泌量增加，DHFR 活性增强，表明其通过直接分泌和诱导宿主合成双重途径提升叶酸水平。
3.5 叶酸代谢通路的功能验证
进一步研究发现，叶酸通过参与一碳单位代谢和氨基酸合成（如脯氨酸、半胱氨酸），激活 NADPH 依赖的抗氧化系统，从而增强金荞麦的干旱耐受性。接种镰刀菌 R2 不仅提高了叶酸的含量，还通过上调 DHFR 等基因表达，加速叶酸向活性形式四氢叶酸（THF）的转化，强化其在 DNA 合成和氧化应激响应中的作用。
结论与意义
本研究系统揭示了金荞麦内生真菌的多样性及其与干旱胁迫的关联，筛选出具有显著抗旱促生长功能的镰刀菌 R2 等菌株，并阐明其通过调控叶酸代谢增强宿主耐旱性的分子机制。这一发现为金荞麦野生资源保护和人工种植提供了创新的生物解决方案，也为农业抗旱微生物菌剂的开发提供了新靶点。此外，研究首次将内生真菌的叶酸代谢与植物抗旱性关联，拓展了植物 - 微生物互作在逆境适应中的研究维度，对全球气候变化下的作物抗逆育种具有重要参考价值。未来可进一步探索叶酸代谢调控的关键节点，推动相关微生物制剂的田间应用，为缓解干旱对农业的威胁提供可持续的生态策略。
