酸性土壤是全球分布最廣泛的耕地土壤類型之一，其面積占全球潛在耕地總量的50%以上，在我國南方更是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心土壤基質。然而，酸性土壤中釋放的可溶性鋁離子（Al3?）極易對植物根系造成損傷，是限制作物生長發(fā)育的關鍵非生物脅迫因子。自然界中部分植物演化出了獨特的鋁適應策略，泛熱帶亞熱帶分布的桃金娘科植物普遍對酸鋁環(huán)境具有良好的適應，包括該科代表物種桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）。作為酸性土壤的指示物種和我國南方退化生態(tài)系統(tǒng)的先鋒樹種，桃金娘不僅能在高鋁脅迫環(huán)境中正常生長，還可利用低濃度鋁離子促進自身發(fā)育。這一“化害為利”的特殊現(xiàn)象背后的分子機制，長期以來備受學界關注。

近日，中國科學院華南植物園鄧書林研究員團隊在植物學經(jīng)典期刊Plant Physiology上發(fā)表題為Functional divergence of ALMTs mediates organic acid transport and callose synthesis for aluminum tolerance in rose myrtle的研究論文，系統(tǒng)解析了桃金娘適應鋁脅迫并實現(xiàn)鋁促生長的雙重分子調控機制。

研究團隊圍繞桃金娘響應鋁脅迫的核心通路展開深入探究，發(fā)現(xiàn)鋁激活蘋果酸轉運蛋白（ALMT）家族中的兩個關鍵基因RtALMT11與RtALMT18存在顯著的功能分化特征，為解析植物鋁適應的復雜調控網(wǎng)絡提供了全新視角。該研究從系統(tǒng)生物學層面闡明，ALMT基因家族正是通過功能分化的方式，實現(xiàn)對植物鋁響應過程的精細調控：RtALMT11介導經(jīng)典的鋁誘導型防御響應，通過分泌蘋果酸螯合根際鋁離子以降低其毒害作用，屬于被動抵御鋁脅迫的策略；而RtALMT18則演化出低鋁誘導的類組成型表達特性，不僅參與調控細胞壁胼胝質合成，還能協(xié)同調控植物生長信號通路，實現(xiàn)“耐鋁脅迫”與“促進生長”的雙重功能，代表了一種主動適應鋁環(huán)境的進化方向。這種功能分化模式，使桃金娘能夠精準應對不同濃度的鋁離子環(huán)境——在低鋁條件下促生增效，在高鋁脅迫下防御自保，最終實現(xiàn)對酸性土壤生境的完美適應。

綜上，該研究拓展了植物鋁毒耐受與鋁促生長的分子理論體系，為植物逆境適應的進化生物學研究提供了新的框架，揭示了ALMT基因家族功能分化的具體機制，為該基因家族的功能演化研究開辟了全新方向。桃金娘中兼具耐鋁與促生功能的關鍵基因RtALMT18為作物分子育種提供了優(yōu)質的基因資源。該研究成果為桃金娘應用于酸性土壤的生態(tài)修復提供了重要的理論依據(jù)與技術支撐。

華南植物園已出站博士后楊玲為該論文第一作者，鄧書林研究員為通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金和廣東省科技計劃項目資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf655