新华社南京7月23日电(记者陈圣炜、牟书瑶)南京农业大学传来一项重要突破:该校沈其荣院士团队历经多年研究,首次揭开了有益真菌木霉如何利用植物自身的生长素运输系统来促进生长发育的分子机制。这项成果意义重大,为微生物肥料提质增效、作物绿色增产开辟了全新的应用路径。相关论文已于23日在线发表于国际顶级学术期刊《细胞》。

木霉菌是农业生产中应用广泛的有益真菌,能够促进根系发育、改善植物营养,并增强作物对逆境的抵抗能力。然而,其具体作用机制长期以来一直未被完全揭示。研究团队以哈茨木霉为对象,发现它分泌的一种膨胀蛋白ThSWO,能够穿过植物细胞壁,精准到达质膜区域,并像“锚”一样锁定一个此前功能未知的生长素转运蛋白——AtABCB5。这意味着真菌为植物生长按下了“加速键”。
课题组通过异源细胞、植物原生质体转运等一系列实验证实,AtABCB5是ThSWO发挥促生作用的关键宿主靶点。两者结合后,能够介导IAA(吲哚乙酸)的外排,进而诱发一系列生长素相关的细胞反应,最终促进根系发育的变化。这好比真菌派出一个“信使”,精准打开了植物体内一个沉睡的“开关”。
更值得关注的是这项成果的农业应用潜力。研究团队在水稻转基因材料和多种作物蛋白施用试验中进行了验证,结果令人振奋:水稻异源表达ThSWO株系的籽粒产量提升了41.3%;使用ThSWO蛋白进行灌根或喷施处理后,玉米、小麦、青菜、萝卜的产量分别提升了7.9%、6.7%、13.5%和35.2%。这些数据表明,增产效果非常显著。
这项研究首次提出了“有益真菌效应蛋白—植物ABC生长素转运蛋白”互作调控模型,填补了植物与有益真菌跨界信号传导领域的机制空白。以往的研究大多聚焦于微生物代谢产生的小分子,而这项工作突破了传统思路,将研究重点放在真菌分泌蛋白与宿主膜转运机器的直接相互作用上,这无疑拓展了根际菌植互作的研究维度。同时,该研究还揭示了ThSWO与潜在宿主转运蛋白靶点的互作焦点,为未来开发微生物蛋白制剂、改良作物根系性状提供了全新的候选分子通路和分子资源。
业内专家评价,这项成果不仅夯实了生物有机肥、微生物菌剂开发的分子理论基础,也为作物根系改良和高产育种提供了全新的基因靶点。可以预见,这一发现将有力推动我国农业绿色可持续发展,并为保障粮食安全提供新的技术支撑。
