最近，中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳保冬研究組在叢枝菌根提高宿主植物抗旱性分子機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果在國(guó)際著名植物學(xué)期刊《新植物學(xué)家》上發(fā)表（New Phytologist 197: 617-630；2013）。

    叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)真菌在自然界中廣泛存在，能與絕大多數(shù)的陸地高等植物形成共生體系，是迄今發(fā)現(xiàn)的與植物關(guān)系最為密切的土壤微生物之一。很多研究表明，菌根共生體系對(duì)于植物適應(yīng)各種逆境脅迫具有重要意義。有關(guān)叢枝菌根在植物抵御干旱脅迫中的積極作用已有較多文獻(xiàn)報(bào)道，但多數(shù)研究集中在AM真菌的間接作用，及菌根影響植物自身抗旱生理方面，而對(duì)于AM真菌增強(qiáng)植物抗旱性的直接作用，尤其是干旱脅迫下AM真菌幫助宿主植物吸收水分的分子證據(jù)，還是一項(xiàng)研究空白。

    陳保冬研究組采用5’-和3’-RACE技術(shù)，從AM真菌Glomus intraradices中克隆了兩個(gè)水孔蛋白基因GintAQPF1和GintAQPF2。通過畢赤酵母異源過表達(dá)證明GintAQPF1和GintAQPF2都有明顯的輸水功能。用聚乙二醇(polyethylene glycol)模擬干旱脅迫發(fā)現(xiàn)，GintAQPF1和GintAQPF2在脅迫條件下蛋白活性增加，顯著促進(jìn)酵母生長(zhǎng)。正常水分條件下，玉米菌根中GintAQPF1和GintAQPF2在含叢枝的根細(xì)胞表達(dá)量最高，其次是根外菌絲，最后是萌發(fā)孢子；干旱脅迫明顯促進(jìn)了在含叢枝的根細(xì)胞和根外菌絲中GintAQPF1和GintAQPF2的表達(dá)，同時(shí)根外菌絲的生長(zhǎng)也受到干旱的明顯誘導(dǎo)。干旱脅迫條件下，兩個(gè)水孔蛋白的高表達(dá)和菌絲生長(zhǎng)的促進(jìn)導(dǎo)致了宿主植物根系相對(duì)含水量的顯著增加。

    該研究為叢枝菌根真菌吸收水分提供了直接的分子證據(jù)，有助于人們更全面地認(rèn)識(shí)逆境脅迫下菌根真菌和宿主植物之間的互動(dòng)機(jī)制，同時(shí)也揭示了AM真菌在維系干旱半干旱地區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定中的潛在重要作用。

    該項(xiàng)工作得到中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目和城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主方向項(xiàng)目的支持。