在丛枝菌根共生过程中，非靶向代谢组学揭示了莲根中新的代谢物

IF 8.1 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2025-03-17 DOI:10.1111/nph.70051

Josef L. Ranner, Georg Stabl, Andrea Piller, Michael Paries, Sapna Sharma, Tian Zeng, Andrea Spaccasassi, Timo D. Stark, Caroline Gutjahr, Corinna Dawid

引用次数: 0

摘要

丛枝菌根（AM）是大约80%的陆地植物物种与肾小球菌门真菌之间的一种共生菌（Spatafora et al., 2016），可以增加植物对矿物质养分的吸收和逆境耐受性(Smith &；史密斯,2011;Zhang et al., 2023；邹等人，2023)，提高整体适应度（刘等人，2007），提高光合速率（朱等人，2012），生长和产量(Ramírez-Flores等人，2020；Di Tomassi et al., 2021；Igiehon et al., 2021；Sheteiwy et al., 2021)。真菌通过其根外菌丝体从土壤中收集矿物质营养，并将其释放到根部的植物中。作为回报，植物用光同化物滋养真菌，主要是己糖和脂质(Keymer &；Gutjahr, 2018;Wipf et al., 2019)。这种营养交换需要在细胞内形成高度分枝的真菌结构，称为丛枝，丛枝被称为丛枝周围膜的植物膜所包围，通过丛枝周围膜进行营养交换(Gutjahr &；Parniske, 2013)。环境影响植物的发育和生理，从而在很大程度上影响共生状态。因此，寄主植物动态调节胞内真菌结构（如菌丝和丛枝）的形成以及根定植的程度，使共生优势保持在最佳状态(Koide &；称1992;Gutjahr,Parniske, 2017)。共生是通过植物和真菌之间的分子信号交换而开始的。在磷或氮限制条件下生长的植物释放独角孤内酯，它能激活真菌萌发和菌丝分支。反过来，真菌释放壳寡糖和脂壳寡糖，激活植物侧的LysM受体样激酶(概述在Delaux &；Gutjahr, 2024)。这触发了一个共生信号级联，包括核膜中的离子通道，引起核钙振荡，这被认为是由钙/钙调素依赖性蛋白激酶(CCamK， Charpentier等人，2016；Miller et al., 2013)。活化的CCaMK结合并磷酸化蛋白CYCLOPS，这是一种调节关键共生基因表达的转录因子（Singh et al., 2014）。此外，CYCLOPS与DELLA蛋白形成复合物，以激活丛枝菌根化1 （ARBUSCULAR MYCORRHIZATION 1, RAM1）所需的转录因子；Pimprikar et al., 2016)。赤霉素酸不敏感（GAI）、GAI抑制因子（RGA）和稻草人（SCR） (GRAS；Pysh et al., 1999))转录因子RAM1参与RAM2的激活(Gobbato et al., 2012；Park et al., 2015；Pimprikar等人，2016)，其编码甘油-3-磷酸酰基转移酶6 (GPAT6)，参与提供脂质以转移到含有集枝细胞的真菌(总结于Keymer &；Gutjahr, 2018)。ccamk突变体在菌丝阶段阻断定植(Demchenko et al., 2004；Pimprikar et al., 2016)，而独眼突变体允许罕见的根进入事件，但不形成丛生花序（Yano et al., 2008）。ram1和ram2允许丛枝形成，但丛枝仍然发育不良(Pimprikar et al., 2016；Keymer et al., 2017)。AM真菌对植物根系的定植伴随着转录组的剧烈变化(参见Pimprikar &；Gutjahr, 2018)，包括许多参与次级代谢的基因。在药用苜蓿和其他一些植物物种中，共生根和共生植物叶片的代谢组学研究显示，am诱导的代谢组学发生了强烈的变化，但在非靶向代谢组学中，许多化合物无法被鉴定出来(Schliemann et al., 2007；Schweiger,穆勒,2015;Kaur et al., 2022)。总的来说，关于次生代谢组对AM共生反应的改变的知识相当贫乏（raner et al., 2023）。因此，我们采用超高效液相色谱-电喷雾电离-离子迁移-飞行时间质谱（UPLC-ESI-IM-ToF-MS）非靶向代谢组学方法，分析了模型AM真菌Rhizophagus irregularis定殖的豆科植物L. japonicus根提取物与对照根提取物的差异。我们通过与真实标准或分离的共色谱，然后进行光谱和光谱分析，鉴定了am增强化合物。使用代谢组学和转录组学数据的多组学相关分析来可视化am诱导的趋势。最后，我们评估了鉴定出的和高度诱导的化合物对真菌孢子萌发的活性。AM真菌的根定植诱导了大量代谢组的变化。本研究发现了AM诱导的新化合物，为进一步阐明AM诱导的新化合物、代谢途径及其在植物和AM共生中的功能提供了基础。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

摘要图片

查看原文

微信好友朋友圈 QQ好友复制链接

本刊更多论文

Untargeted metabolomics reveals novel metabolites in Lotus japonicus roots during arbuscular mycorrhiza symbiosis

求助全文

通过发布文献求助，成功后即可免费获取论文全文。去求助

来源期刊

New Phytologist 生物-植物科学

自引率

5.30%

发文量

728

期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.