碱胁迫下施用丛枝菌根真菌对鹰嘴豆不同组织中植物-病原体互作相关基因的影响

《South African Journal of Botany》：The effect of arbuscular mycorrhizal fungus application on genes related to plant-pathogen interaction in different tissues of chickpea under alkali stress

　　

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  菌根真菌（AMF）的施用具有降低土壤pH值的能力。
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  AMF调节了根部和茎部的防御及钙信号基因。
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  根部对AMF–碱胁迫表现出更为显著的转录响应。

引言

碱胁迫引起的离子毒性、氧化应激和高pH值对许多过程和组织（包括植物代谢和根生理）产生尤为不利的影响（Yang等，2008a，2024）。文献中的许多研究将土壤盐分与碱性合并评估，主要关注盐胁迫。碱胁迫和盐胁迫在离子毒性和渗透胁迫方面具有共同效应。然而，除这些效应外，碱胁迫下还存在高pH胁迫（Yang等，2008b；K?z?lkaya等，2024）。高pH可通过引起胚乳毒性、破坏离子平衡和损害代谢过程而抑制植物生长，甚至导致植物死亡（Lin等，2012）。植物在应对碱胁迫时，不仅调节胞内pH以维持离子平衡，还竭力稳定根际微环境的pH值。这种情况导致植物消耗大量的物质和能量（Shi和Wang，2005）。在一项研究中，丛枝菌根（AM）真菌被建议作为减少碱性引起的物质和能量损失的一种方法。AMF可缓解高pH指示的碱胁迫对作物表现的有害影响（Cardarelli等，2010）。丛枝菌根真菌，通常称为存在于土壤中的内生真菌，与陆地植物的细幼根建立共生关系，提供互利互惠（Cardarelli等，2010；Vafa等，2024；Tadrosova等，2025）。这些真菌对土壤中磷（P）、氮（N）、锌（Zn）、铜（Cu）和铁（Fe）等必需养分的吸收具有积极影响，增强水分势，并对病害和胁迫产生积极反应（Ramazanoglu等，2025）。

植物根与AM真菌共生共有三个步骤：第一步是根与AM真菌的接触；第二步是菌根囊的形成，这是丛枝形成和根初始定殖的前体；最后一步是丛枝形成和根的密集定殖（Gallou等，2010）。这种共生关系的建立受到许多细胞过程转录变化的调控（Gallou等，2012）。人们普遍认为，植物防御基因表达的变化是AMF共生形成所必需的，AMF对植物致病性的生物防治与这些变化有关（Pozo和Azcón-Aguilar，2007；Pozo等，2010）。当在KEGG数据库（Kanehisa等，2025）中检查"植物-病原菌互作"通路（图1）时，许多基因家族在这种生物防治中发挥作用，包括WRKY、非寄主抗性基因（NHO）、病程相关蛋白（PR）、丝裂原活化蛋白激酶（MPK或MAPK）、一氧化氮合酶（NOS）、钙结合蛋白（CML）、呼吸爆发氧化酶（Rboh）、环状核苷酸门控通道（CNGC）和钙依赖性蛋白激酶（CPDK）。此外，这些基因在非生物和生物胁迫代谢中也发挥重要作用（Chen等，2012；He等，2020；Mishra等，2024）。

关于WRKY的许多研究表明，WRKY基因家族的多个成员在植物免疫反应底层转录重编程中发挥核心作用（Pandley和Somssich，2009）。AMF可刺激植物防御机制，如菌根诱导抗性和MAPK级联反应，以增强植物胁迫耐受性（Cameron等，2013；Tian等，2021）。如PR基因等防御效应基因的表达水平受菌根调控（Campos‐Soriano等，2012）。AMF调节脯氨酸代谢，从而增加植物胁迫耐受性。已知一氧化氮在脯氨酸代谢中作为信号分子发挥重要作用（Liu等，2022）。Ca²⁺在根瘤形成和丛枝菌根共生过程中发挥重要作用。由病原菌诱导的Ca²⁺信号机制被各种Ca²⁺受体（如CaM/CML和CDPK）检测并传递（Tian等，2020；K?ster等，2022；Yuan等，2022）。此外，建立共生连接所必需的核Ca²⁺振荡的多种离子载体之一是CNGC基因（Charpentier等，2016；Jacott和Del Cerro，2024）。在近期研究中，据报道Rboh基因在某些豆科植物的AMF定殖和发育中有效（Wu等，2023）。

本研究旨在确定在碱胁迫条件下施用AMF对鹰嘴豆植物中与植物-病原菌互作相关基因表达的影响。在现有文献中，AMF-碱胁迫的互作研究大多集中在形态、生理和生化水平，而聚焦于植物-病原菌互作相关基因分子调控的研究相当有限。本研究的主要命题是：在直接与AMF互作的根组织中，在碱性胁迫下施用AMF会上调WRKY、NOS、NHO1和CPDK基因，同时下调MAPK、CNGC和PR1，这种调控有助于植物胁迫耐受性。

各节摘要

植物材料培养及AMF和碱胁迫的施用

本研究使用的种子来自阿塔图尔克大学农学院大田作物系。种子置于20%次氯酸钠（NaOCl）溶液中，在磁力搅拌器上处理10分钟，然后用蒸馏水冲洗三次。随后，在70%乙醇中浸泡5分钟后，用蒸馏水彻底冲洗三次，使其准备好种植。为花盆准备了无菌砂质和泥炭壤土。对于AMF

结果与讨论

碱胁迫涉及高pH水平，抑制必需养分的吸收并影响钠（Na?）的排泄（Zhang等，2023）。高土壤pH值影响植物重要的生理过程（Gupta和Huang，2014）。丛枝菌根真菌（AMF）通过促进宿主植物从土壤中吸收水分和养分，对植物生长和胁迫响应产生积极影响（Begum等，2019；Lopes等，2021）。施用碱胁迫和AMF接种后

结论

本研究调查了在碱胁迫下AMF接种对鹰嘴豆植物根长、茎长以及与植物-病原菌互作相关基因表达水平的影响。AMF接种增加了根长，但对茎长未显示效果。令人惊讶的是，在AMF/碱处理中观察到最长的根长。人们认为，胁迫引起的生理性干旱、对水分的获取需求以及AMF共生的诱导增加了根长。基因

CRediT作者贡献声明

Ay?e Gül Kasapo?lu：方法学、调查、形式化分析、数据管理、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。