真菌内生菌接种对多年生黑麦草耐盐性的功能分析及转录组调控机制研究

本研究针对土壤盐渍化导致多年生黑麦草(Lolium perenne L.)产量下降的问题，通过接种两种耐盐促生真菌内生菌(Stereum gausapatum和Parasarocladium gamsii)，系统评估了其对植物生长、生理响应及转录组调控的影响。研究发现两种真菌通过差异调控氨基酸代谢、细胞壁生物合成及抗氧化途径显著提升宿主耐盐性，其中ENDO_1降低脂质过氧化并增加抗氧化剂，ENDO_2促进脯氨酸积累。该成果为开发基于微生物的作物耐盐改良策略提供了新靶点，发表于《Journal of Plant Growth Regulation》。

　　

研究背景
土壤盐渍化已成为全球农业生产的重大威胁，导致作物减产高达50%。多年生黑麦草作为重要的冷季型牧草和草坪草种，其耐盐性中等，在盐胁迫下常出现生长抑制、叶绿素降解和氧化损伤。尽管其天然共生内生菌Epichloe spp.能增强抗虫性，但对耐盐性无贡献。这一空白促使研究者探索非宿主来源的耐盐内生菌能否跨界建立互利关系，从而开辟作物抗逆改良的新途径。

研究设计与方法
波兰尼古拉·哥白尼大学联合丹麦奥胡斯大学等机构的研究团队，选取两种从盐生植物Salicornia europaea分离的耐盐内生真菌—— Stereum gausapatum ISK3-11(ENDO_1)和Parasarocladium gamsii CR1-9(ENDO_2)，接种至两个黑麦草品种(Indiana和Greensky)。通过控制三种NaCl浓度(0/150/300 mM)，综合运用生理指标测定(相对含水量RWC、叶绿素、脯氨酸、脂质过氧化物、抗氧化活性)、显微观察、RT-qPCR定量真菌定殖及Illumina HiSeq转录组测序技术，结合加权基因共表达网络分析(WGCNA)解析分子机制。

研究结果

1. 内生菌显著改善盐胁迫下植物生长性能
在300 mM NaCl胁迫下，接种ENDO_1和ENDO_2的植株相比对照分别增加根长27%和31%，生物量提高45%和58%。内生菌定殖率检测显示，根系定殖强度显著高于叶片(p<0.05)，且在150 mM盐浓度下维持最高活性。

2. 生理响应呈现菌株特异性
ENDO_1通过降低脂质过氧化物水平(较对照减少38%)和提升总抗氧化能力(增加2.2倍)缓解氧化损伤；ENDO_2则主要促进脯氨酸积累(300 mM下增加2.7倍)，维持渗透平衡。叶绿素含量在接种组比对照高19-24%，表明光合系统得到保护。

3. 转录组揭示器官特异性调控网络
WGCNA分析鉴定出9个(Variety 1)和7个(Variety 2)共表达模块：

• 叶片：ENDO_1上调碳水化合物代谢(MEpurple)和羧酸生物合成(MElightyellow)，ENDO_2激活脂质代谢途径
• 根系：两菌株共同调控α-氨基酸分解代谢(MEblue)和E4P/PEP家族氨基酸代谢，但ENDO_2特异性诱导苯丙氨酸途径

4. 品种依赖性适应策略
Indiana品种(Variety 1)通过下调细胞壁生物合成增强柔韧性，而Greensky(Variety 2)则上调该途径强化结构。抗氧化防御同样呈现差异：Variety 1减少ROS代谢依赖，Variety 2持续激活抗氧化酶系统。

结论与意义
该研究首次证实非宿主内生真菌可通过"代谢模块重编程"策略增强黑麦草耐盐性：ENDO_1偏向氧化应激调控，ENDO_2侧重渗透保护。发现的E4P/PEP代谢、苯丙氨酸途径等关键靶点为耐盐生物接种剂开发提供了分子标记。更深远的意义在于，揭示了植物-微生物互作存在"宿主基因型-菌株功能"特异性匹配规律，为精准农业中的微生物组设计提供了理论框架。未来研究可拓展至田间试验，验证这些机制在不同土壤环境下的稳定性。