蒙古白蘑(LY9)通过重塑水稻根系代谢及激素信号通路促进生长的分子机制

本研究为解决可持续农业中化肥依赖导致的土壤退化问题，云南昭通学院团队通过多组学技术揭示了Leucocalocybe mongolica真菌(LY9)改良土壤促进水稻生长的分子机制。研究发现LY9处理显著提高土壤有机质(149%)和氮钾含量，上调2,612个基因(包括氮代谢、光合作用和激素信号通路相关基因)，并促进关键氨基酸(如色氨酸)和植物激素(如赤霉素A19 )积累，使水稻分蘖数提升125%，根长增加25%。该成果为开发新型生物肥料提供了理论依据，发表于《Rice》期刊。

　　

在当今全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，水稻作为养活世界半数人口的主粮作物，其可持续生产面临土壤退化、化肥过度使用等多重压力。传统化学肥料虽能短期提高产量，但长期使用会导致土壤板结、微生物群落失衡等生态问题。与此同时，科学家们在自然界中发现一类神奇的真菌——它们形成的"仙女圈"能使圈内植物长得格外茂盛，这种现象背后隐藏着未被破解的生态密码。

云南昭通学院农业与生命科学学院的研究团队将目光投向了一种特殊的仙女圈真菌——蒙古白蘑(Leucocalocybe mongolica)。这种仅分布于中国内蒙古草原的野生食用菌，因其独特的基因缺失特性，只能以仙女圈形式与禾本科植物共生。前期研究发现，该真菌形成的深色带(DARK zone)能显著促进羊草(Leymus chinensis)生长，但其对水稻等作物的作用机制尚属空白。为此，研究团队从蒙古白蘑子实体中分离出LY9菌株，通过土壤转化实验结合多组学技术，系统揭示了这种真菌促进水稻生长的分子奥秘。

研究采用土壤理化分析、表型观测、转录组学和代谢组学等关键技术。其中，从内蒙古草原采集的蒙古白蘑子实体经ITS测序鉴定(GenBank PP496285.1)，LY9菌株保藏于广东微生物菌种保藏中心(GDMCC 63678)。水稻(Oryza sativa ssp. japonica cv. ZH11)栽培实验设置0%(CK)、10%、30%和50%四个LY9土壤处理梯度，90天后采集根系样本进行多组学分析。

土壤理化特性
研究发现LY9处理显著改善土壤肥力。50%处理组使土壤pH从7.84降至7.17，有机质含量提升149%(19.5→48.63 g/kg)，总氮(1.09→1.53 g/kg)和速效钾(134→179 mg/kg)显著增加，但总磷(0.61→0.55 g/kg)和速效磷(21.3→17.6 mg/kg)略有下降。这种"富氮低磷"的土壤特征可能与LY9特有的养分循环模式相关。

LY9-soil Improves Rice Root Growth, Enhances Tillering, and Green Leaf Phenotypes
表型分析显示LY9处理产生显著生长促进效应。50%处理组水稻分蘖数达20.29个，较对照(9个)提升125%；株高(86.5→100.55 cm)和根长(42→52.5 cm)分别增加16%和25%。叶片叶绿素含量呈剂量依赖性增加，总叶绿素在50%处理组达1.21 mg/g，是对照(0.38 mg/g)的3.2倍。这些表型变化与"深绿叶片-增强光合"的仙女圈典型特征高度一致。

Transcriptomic Analysis of Rice Roots
转录组分析发现LY9引发根系基因表达大规模重编程。50%处理组差异表达基因达6,031个(上调2,612个，下调3,419个)。KEGG富集显示氮代谢(24基因)、光合作用(41基因)、激素信号(222基因)和氨基酸合成(365基因)通路显著激活。关键上调基因包括：光合相关基因Os01g0322700(上调119倍)、糖转运蛋白Os05g0426000(64倍)、赤霉素代谢酶Os01g0332200(9.8倍)以及分蘖调控基因Os07g0178700(2倍)。

Metabolic Profiling in LY9 Rice Roots
代谢组分析揭示了LY9处理的分子效应。根系中色氨酸(2.39倍)、色胺(6.57倍)等吲哚类物质显著积累，赤霉素A₁₉
(6.49倍)和双氢玉米素-O-葡萄糖苷(12.01倍)含量激增。29种含氮化合物下调的同时，71种显著上调，包括二氢阿魏酰腐胺(4倍以上)、N-阿魏酰血清素等次级代谢产物。这些变化与转录组数据相互印证，构成"氮代谢增强-激素信号激活-生长促进"的分子通路。

结论与展望
该研究首次系统阐明了蒙古白蘑LY9菌株通过"土壤改良-代谢重塑-激素调控"三位一体机制促进水稻生长的科学原理。特别值得注意的是，LY9诱导的色氨酸-生长素合成通路激活和赤霉素A₁₉
积累，为理解仙女圈现象提供了分子证据。相比传统化肥，这种真菌介导的生态施肥模式不仅能提高产量(分蘖数+125%)，还能改善土壤健康，对发展绿色农业具有重要价值。

研究也存在一定局限性：磷含量降低的机制尚未阐明；田间试验数据有待补充。未来研究可聚焦LY9菌剂的标准化生产、不同土壤类型的适配性优化，以及与其他微生物肥料的协同效应评估。这项发表于《Rice》的工作，为开发基于仙女圈真菌的新型生物肥料奠定了理论基础，也为破解"生态密码-作物增产"的因果关系提供了创新范式。