AM真菌能够与超过72%的陆地维管植物形成有益的共生关系，协助植物吸收矿质养分和水分，增强植物抵御干旱胁迫的能力，但现有研究对干旱胁迫下菌根氮转运途径的分子调控机制知之甚少。本研究发现，干旱胁迫下菌根氮转运途径相关基因RiCPSI、RiCARI、RiURE、RiODC和RiGCL的表达提高，原位杂交试验显示丛枝中RiCARI和RiCPSI受干旱胁迫显著诱导。通过宿主介导基因沉默（Host-induced gene silencing，HIGS）和宿主介导基因过表达（Host-induced gene overexpressing，HIGO）技术，阐明AM真菌通过上调丛枝中RiCARI的表达，促进菌根植物的NH4+吸收和代谢，提高宿主植物的耐旱性。此外，RiCPSI与RiODC和RiGCL的表达偶联，通过上调丛枝中RiCPSI的表达，促进AM真菌腐胺和谷胱甘肽的合成，清除干旱诱导的过量ROS，提高AM真菌耐旱性（图1）。
图1
该研究根据AM真菌与宿主植物间的营养交换机制，提出了HIGO方法，正向验证了AM真菌的基因功能。通过设置AM真菌与宿主植物根系之间的营养交换条件，加速AM真菌丛枝结构与宿主根系细胞间的物质交换，提高转运大分子的囊泡从宿主根系细胞向丛枝内的转运，实现宿主细胞内过表达的RiCPSI基因mRNA由植物向AM真菌体内的大量转运并过量表达（图2）。这项技术为研究AM真菌基因在AM真菌与宿主植物共生关系中的作用机制提供了一种新的策略。
图2
林学与风景园林学院博士研究生王志豪为论文第一作者，唐明教授和胡文涛副教授为论文通讯作者，团队陈辉教授、博士生梁京威、美国东斯特劳斯堡大学张诗淇副教授、中科院南海海洋研究所江志坚研究员参与了此研究。研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、岭南现代农业实验室等项目的资助。
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https://doi.org/10.1093/plphys/kiae645
