近日，学院张永军研究员团队在昆虫病原真菌与植物互作机制研究方面取得新进展。研究揭示了白僵菌通过硫酸盐转运蛋白从植物获取硫酸盐促进其有机硫合成，导致植物硫酸盐和有机硫库被消耗从而激活低硫响应途径和硫酸盐转运蛋白，从基质获取硫酸盐。这种营养互作交流驱动真菌定殖植物，促进植物生长。相关研究内容以“Nutritional coordination via sulfate transport drives Beauveria bassiana-plant endophytism”为题在线发表于生物学期刊Plant Physiology。
硫是含硫氨基酸如半胱氨酸、甲硫氨酸、多种辅酶和次级代谢产物等的重要组分。生物体需从外源获取以维持其生存、繁殖及生长。硫与植物光合作用、叶绿素合成及抗逆性密切相关。球孢白僵菌等昆虫病原真菌既可寄生昆虫，也可内生定殖植物根、茎及叶，促进植物光合作用及叶绿素合成和生长，增强植物抗病、抗虫及非生物胁迫。然而，昆虫病原真菌定殖植物是否促进植物硫营养吸收，尚不清楚。团队前期通过互作转录组分析发现，白僵菌与本氏烟的硫酸盐转运基因同步上调，推测二者存在硫酸盐交流。本研究采用基因表达模式及亚细胞定位分析、酵母突变体互补实验、基因敲除及沉默、同位素示踪等策略系统解析了激活的白僵菌和植物硫酸盐转运蛋白在二者互作过程中的作用。结果发现，激活的真菌三个硫酸盐转运蛋白协同促进其利用硫酸盐和定殖植物，其中高亲和硫转运蛋白BbSulTR1起了主要作用（图1）。利用34S标记硫酸盐示踪实验证实，白僵菌主要通过硫酸盐转蛋白（如BbSulTR1）从植物获取硫酸盐促进其有机硫合成，该结果导致植物硫酸盐和有机硫库被消耗（图2）。同样，植物激活的硫酸盐转运蛋白与其吸收硫酸盐及生长密切相关，沉默植物硫酸盐转运蛋白基因也显著降低了真菌定殖载量及促生效果（图3）。进一步研究发现，真菌吸收植物硫酸盐触发植物低硫响应途径并上调硫酸盐转运基因，其中BbSulTR1缺失则显著削弱这一互惠动态（图4）。
研究结果阐明了昆虫病原真菌与植物内生定殖互作的一种新型营养协调机制，即真菌吸收植物硫酸盐促进有机硫合成，导致植物硫库消耗而触发低硫响应途径及激活硫酸盐转运蛋白，促进其硫酸盐吸收和生长，该互作反馈机制驱动真菌定殖植物（图5）。
图1 野生型与ΔBbSulTR1/2/3突变体在植株的定殖载量、植株生长和硫酸盐积累
图2 BbSulTR1参与球孢白僵菌从植物中获取硫酸盐
图3 植物硫酸盐转运蛋白“反馈”驱动真菌定殖激活硫酸盐吸收与生长
图4 RT-qPCR分析植物低硫响应基因的表达模式
图5 球孢白僵菌硫酸盐吸收驱动植物硫酸含量提高的机制
博士生刘云霞（已毕业）为论文第一作者，张永军教授为通讯作者。神农班2023级本科生隆雨彤、硕士研究生李亚卓、重庆中医药学院赵鑫副教授、西南大学农学与生物技术学院王凡龙副教授和学院罗志兵教授参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金（32372618）、中国烟草贵州有限责任公司科技项目（2024XM16）和大学生创新创业项目（X202510635367）资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag723
供稿：罗志兵
初审：黄垭飞
复审：牛金志
终审：蒋红波
