丛枝菌根真菌与菜豆共生调控钾离子吸收及AKT/HKT基因活性的机制研究

本研究针对土壤钾离子(K+)吸附性强导致植物吸收受限的问题，通过分析丛枝菌根真菌(AMF)与菜豆共生体系，揭示了AMF（Rhizophagus irregularis和Funneliformis mosseae）通过激活PvAKT/PvHKT钾转运蛋白基因表达，显著提升钾离子吸收效率（茎组织钾浓度增加4倍）。该研究为微生物-植物互作改善营养胁迫提供了分子证据，发表于《Scientific Reports》。

　　

在植物生长过程中，钾离子(K⁺)作为第二大必需矿质元素，参与酶活化、渗透调节和光合作用等关键生理过程。然而，土壤中钾离子易被矿物颗粒固定，导致其生物有效性降低。传统施肥策略效率有限，而丛枝菌根真菌(AMF)与植物形成的共生体系被证明能增强磷、氮的吸收，但其对钾离子吸收的调控机制尚不明确。伊朗沙赫鲁德理工大学的研究团队以菜豆(Phaseolus vulgaris)为模型，首次系统解析了AMF如何通过调控钾转运蛋白基因家族提升宿主钾吸收效率，相关成果发表于《Scientific Reports》。

研究采用基因组学与分子生物学相结合的策略：通过BLASTp比对鉴定菜豆AKT/HKT基因家族成员；利用Clustal Omega和IQTREE构建系统发育树；采用NetPhos 3.1预测磷酸化位点；通过qPCR分析基因表达模式；结合原子吸收光谱测定组织钾离子浓度。实验设置F. mosseae、R. irregularis接种组与无菌对照组，所有数据均通过四组生物学重复验证。

主要结果

1. 钾离子积累特征
   共生显著提升钾离子在菜豆各组织的浓度，茎部增幅达4倍，根部增加1.4倍，证实AMF能突破土壤钾固定屏障。

2. 转运蛋白家族鉴定
   从菜豆基因组鉴定出19个PvAKT和2个PvHKT基因。系统发育分析显示PvAKT分为4个亚群，其中亚群3具有独特的双孔钾通道结构域，暗示功能分化。

3. 表观调控特征
   启动子分析发现PvAKT7含8个ABA响应元件(ABRE)，而PvAKT3等基因缺乏该元件，表明部分成员不依赖ABA信号通路。

4. 表达模式解析
   PvAKT3在根和茎中均被AMF诱导，可能参与钾离子长距离运输；PvHKT1/2在根中受R. irregularis特异性激活，显示菌种依赖性调控。

结论与意义
该研究首次阐明AMF通过双重机制提升菜豆钾营养：物理层面增加土壤钾溶解度，分子层面特异性激活PvAKT/PvHKT转运系统。发现亚群3 PvAKT的独特结构域和低磷酸化特性，为钾通道功能进化研究提供新视角。实践上，筛选高效AMF菌株（如R. irregularis）与特定转运蛋白基因（如PvAKT3）的协同组合，可为缺钾土壤作物栽培提供精准解决方案。未来研究可拓展至其他经济作物，并深入解析AMF分泌的有机酸与钾转运蛋白的互作机制。

（注：全文数据均来自原文，菌种学名保留斜体格式，专业术语首次出现时标注英文缩写，如丛枝菌根真菌(AMF)；上标下标严格按原文使用标注）