华南农业大学资源环境学院根系生物学研究中心教授王秀荣团队同合作者在国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金等项目的资助下，研究发现丛枝菌根真菌通过诱导根系分泌特定的类黄酮和酚酸类化合物促进大豆结瘤固氮。近日，相关成果发表于《植物、细胞与环境》（Plant，Cell & Environment）。
菌根真菌定殖通过诱导特定根系分泌物促进大豆结瘤固氮的机制示意图。研究团队供图
豆科植物与丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi）、根瘤菌（rhizobia）的三重共生体系是农业生态系统的关键互作网络。丛枝菌根真菌通过根外菌丝协助宿主植物吸收磷，根瘤菌则通过共生固氮为植物提供氮源。已有研究表明，丛枝菌根真菌侵染可以促进豆科植物结瘤固氮，然而其潜在机制尚未阐明。
研究发现，接种丛枝菌根真菌的大豆根系分泌物中含有较高的类黄酮和酚酸类化合物，其能显著促进大豆结瘤。并且，收集的菌根分泌物及其含有的类黄酮和酚酸类化合物能有效地促进根瘤菌的生长、趋化性和生物膜形成，外源添加人工组配的这些类黄酮和酚酸类化合物显著增强了大豆的结瘤固氮以及关键结瘤基因的表达。
转录组测序发现，接种丛枝菌根真菌的根系中苯丙烷代谢通路显著富集，编码该通路中起点酶和限速酶的关键基因GmPAL2.4显著上调。过量表达GmPAL2.4显著上调了与这些类黄酮和酚酸类化合物生物合成有关的基因的表达，从而增强了大豆结瘤固氮。
该研究为通过应用特定的合成化合物提高豆科作物共生固氮效率提供了重要途径。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pce.15529
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