火山灰基肥料Azomite通过phyB依赖与非依赖通路调控光形态建成中的基因表达

本研究针对火山灰基肥料Azomite的作用机制，通过分析拟南芥幼苗在红光与黑暗条件下基因表达谱的变化，揭示其通过phyB依赖与非依赖通路调控碳同化、养分吸收等关键途径，为复杂微量营养素肥料优化农业产出提供分子依据。

　　

在资源有限的农业生产中，如何通过优化肥料提升作物产量一直是科学界关注的焦点。传统化肥过度使用导致的富营养化等问题，促使研究者将目光转向天然矿物肥料。Azomite作为一种含70多种矿物质和微量元素的火山灰基肥料，此前已被证明能提高番茄产量并改变根际微生物组成，但其分子机制尚不明确。更令人困惑的是，这种肥料的作用呈现剂量依赖性——适量使用促进生长，过量反而抑制，且需要光合有效辐射(PAR)的参与。这些现象暗示，Azomite可能通过调控植物光信号与代谢通路发挥作用，但具体机制亟待解析。

为破解这一谜题，i-Cultiver公司的研究人员联合美国农业部科学家，在《Plant Gene》发表了突破性研究。他们以模式植物拟南芥为对象，结合phyB-9突变体，通过RNA测序(RNAseq)技术系统分析了0.5g/L和1.0g/L Azomite处理下，黑暗(Dc)与连续红光(Rc)培养4天的幼苗基因表达谱。研究采用Illumina平台进行高通量测序，使用HISAT2进行基因组比对，DESeq2进行差异表达分析，并通过KEGG通路富集揭示功能关联。

研究结果

3.1 phyB调控的基因表达
对比前人24小时红光处理的微阵列数据，本研究4天持续处理下50%的phyB抑制基因和33%的激活基因保持一致性。核心生物钟基因GIGANTEA(GI)表达模式反转，推测是持续光照导致节律振荡衰减的结果。

3.2 Azomite调控的基因表达
0.5g剂量在黑暗生长的长胚轴幼苗中调控基因最多，而1.0g在红光下作用更强。29个基因同时受Azomite和phyB调控，包括下调的MYB39(调控根内皮木栓化)和HRS1(磷饥饿响应因子)，以及上调的JAL41(凝集素)。KEGG分析显示碳固定通路在两种剂量下均被激活，而1.0g还抑制了光合作用和病原互作通路。

4.1 Azomite浓度与红光敏感性的交叉作用
1.0g在野生型红光下引起更广泛的基因扰动，而在phyB突变体中差异较小，证实红光信号通过phyB放大高剂量效应。

4.2 phyB共调控基因
MYB39和HRS1的下调可能协同促进养分吸收，而脂肪酸环氧化酶CYP77B1的上调或增强保水能力，形成"开源节流"的适应策略。

4.4 phyB非依赖通路
超氧化物歧化酶FSD1的普遍激活可能与Azomite含铜相关，而烟酰胺合成酶NAS1的下调可能优化金属稳态。

结论与意义
该研究首次绘制了火山灰肥料作用的分子图谱：最佳剂量(0.5g)通过phyB依赖与非依赖双通路，协同调控碳固定、养分转运和应激响应。特别值得注意的是，MYB39介导的木栓化抑制与CYP77B1推动的角质合成形成"根吸-叶保"协同机制，为理解植物如何平衡吸收与保水提供新视角。剂量效应解析为田间应用划定安全阈值，而碳固定通路的普遍激活则解释了Azomite提升光合效率的分子基础。这项研究不仅为复杂肥料的科学评价建立范式，更通过产学研合作模式，为农业可持续发展提供了从基因到田间的完整解决方案。