真菌内生菌与宿主源香豆素东莨菪苷协同调控拟南芥铁营养的分子机制

这篇研究揭示了真菌内生菌Macrophomina phaseolina（F80）通过代谢拟南芥根系分泌的东莨菪苷（scopoletin），将其转化为铁螯合型香豆素七叶亭（esculetin），从而突破铁移动性瓶颈的共生机制。该发现首次将香豆素-微生物互作促进植物铁营养的范畴从细菌扩展至真菌界，为理解微生物辅助营养获取提供了新视角。

　　

真菌内生菌与铁限制条件下的植物救援

研究团队通过建立无菌琼脂共培养体系，发现真菌内生菌F80能显著改善拟南芥在铁限制条件（50 μM FeCl₃，pH 5.7）下的生长表现。与对照相比，接种F80的植株生物量（SFW）增加1.8倍，叶绿素含量恢复至铁充足（FeEDTA）水平的90%，且通过高分辨电感耦合等离子体质谱（HR-ICP-MS）证实其地上部铁积累量提升2.3倍。这种效应具有铁特异性，在铁充足条件下不显著。

香豆素合成通路的关键作用

利用拟南芥突变体实验揭示，香豆素合成起始酶F6′H1缺失突变体（f6′h1）完全丧失F80介导的铁营养改善能力，而仅积累东莨菪苷的s8h突变体仍能获得完全救援。质谱分析显示，F80能将东莨菪苷（m/z 191.035）转化为含邻二酚结构的七叶亭（m/z 177.019），后者在体外实验中展示出强铁螯合能力（Fe³⁺结合常数达10²³ M^-1）。

真菌代谢的化学生物学机制

96孔板动态监测发现，F80在含2 mM东莨菪苷的培养基中经历3天生长抑制后，伴随东莨菪苷荧光信号衰减（激发385 nm/发射470 nm），七叶亭含量在第6天达到峰值。铁动员实验显示，该转化使难溶性FeCl₃的铁移动性提升4.5倍，而直接添加七叶亭的对照组仅维持短暂效果（9天后降解率达70%）。

植物铁吸收通路的协同作用

遗传学证据表明，F80的救援效应严格依赖宿主铁还原酶FRO2和铁转运蛋白IRT1。在fro2和irt1突变体中，即使外源添加七叶亭或合成螯合剂EDTA也无法恢复生长。根系分泌谱分析证实，F80定殖使根际东莨菪苷浓度下降68%，暗示其作为真菌代谢底物的关键角色。

生态与农业应用展望

该机制突破了传统认知中香豆素仅通过直接螯合（如sideretin）或抑制病原菌促进铁吸收的范式，揭示了微生物介导的前体转化新途径。鉴于东莨菪苷在双子叶植物中的保守性，该发现为开发基于真菌-作物互作的铁肥替代策略提供了理论依据。研究同时指出，M. phaseolina的致病性与共生性菌株可能存在代谢可塑性，这为理解微生物功能多样性提供了新线索。