近日，林学与风景园林学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、岭南现代农业科学与技术广东省实验室谢贤安课题组在植物营养与菌根共生领域取得重要进展。该研究首次揭示了番茄丛枝菌根诱导表达的磷酸盐转运蛋白SlPT3在缺锌或磷、锌营养同时匮乏条件下，不仅参与菌根途径磷的吸收，还调控铁稳态和丛枝菌根的发育，为理解菌根植物在多重营养缺乏条件下的适应机制提供了新视角。相关研究成果在The Plant Journal（中科院一区Top期刊）在线发表了题为A mycorrhiza-inducible phosphate transporter SlPT3 regulates phosphate uptake, iron homeostasis, and arbuscule development in tomato under combined nutrient stress conditions的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70687）。
磷、锌、铁是植物生长发育必需的三种营养元素，但在土壤中常因固定或含量不均而同时缺乏，严重影响植物产量与品质。丛枝菌根真菌能与72%以上的陆地植物形成共生关系，协助植物吸收矿质营养和水分。然而，在磷、锌、铁养分同时缺乏条件下，宿主植物如何通过菌根途径协调多种养分的吸收与分配，其分子机制尚不明确。
课题组以番茄（Solanum lycopersicumcv. Micro-Tom）为材料，接种菌根真菌异形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis），系统分析了在单一以及复合磷、锌、铁缺乏条件下宿主植物的生理与分子响应。结果表明SlPT3是丛枝菌根诱导的磷转运基因，在磷与锌同时缺乏时表达显著上调，其定位于环丛枝膜，直接参与菌根途径的磷吸收。在缺锌条件下，敲降SlPT3会导致磷吸收减少、丛枝发育受阻，说明SlPT3参与锌缺乏下的磷稳态与丛枝发育。在磷与锌双重缺乏条件下，SlPT3参与铁（Fe2+）的吸收与积累，影响菌根植物（番茄）中的铁含量。在酵母系统中异源表达SlPT3基因，不仅能恢复磷转运缺陷，还能在铁吸收缺陷型酵母菌株中恢复其生长，表明SlPT3可能整合低磷低锌信号调控丛枝菌根中的铁（Fe2+）营养平衡。
菌根诱导的磷转运子SlPT3在不同营养条件下调控共生界面磷吸收与铁平衡的示意图
该研究首次在分子水平上揭示了丛枝菌根共生体中磷、锌、铁三种元素之间的多重互作机制，明确了SlPT3作为一个“营养整合枢纽”在多重养分缺乏响应中的作用（如图1所示）。这不仅加深了我们对植物与菌根真菌共生协同适应复杂多变土壤养分资源的理解，也为将来通过基因编辑或育种手段改良农林植物在贫瘠土壤中的养分利用效率提供了新思路。
我校林学与风景园林学院谢贤安副教授为通讯作者，范晓宁博士为第一作者，已毕业硕士何俊良、周小勤、谢鸿运，在读硕士生王岳敏参与了该工作。研究得到国家自然科学基金（32170116, 32370108）、养分资源高效利用全国重点实验室开放基金（KF2024-4）、“广东特支计划”青年拔尖人才（2024TQ08A220）等项目的资助。
文图/林学与风景园林学院
