《Plant Stress》：Biostimulant endophyte
Phomopsis liquidambaris modulates hormone signaling to improve rice nitrogen use under nitrogen-deficiency stress
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本研究针对氮缺乏严重制约水稻生产的农业难题，以具有生物刺激潜力的内生真菌Phomopsis liquidambaris B3为研究对象，系统揭示了其通过动态调控生长素（IAA）、乙烯（ETH）和细胞分裂素（CTK）信号网络，协同促进水稻氮素吸收利用的分子机制。研究结合转录组学与激素干预实验，发现IAA与ETH在早期协同促进氮转运蛋白表达，而CTK在后期主导氮素再分配，为开发新型微生物肥料提供了理论依据。
随着全球人口持续增长和粮食需求不断攀升，氮肥的过度使用已成为现代农业面临的严峻挑战。过量施氮不仅造成资源浪费，更导致水体污染、土壤酸化等环境问题。水稻作为全球三分之一人口的主粮，对氮肥需求尤为突出，但在氮缺乏条件下其产量受到显著抑制。提高作物氮素利用效率（NUE）已成为农业可持续发展的重要目标，而植物内生真菌因其能够促进宿主养分吸收和抗逆性，近年来被视为极具潜力的生物刺激剂。
在此背景下，南京师范大学戴传超团队长期关注内生真菌Phomopsis liquidambaris B3与水稻的互作机制。前期研究发现该真菌能显著提高水稻氮积累量和产量，并调控植物内源激素水平，但其通过何种激素信号网络调控氮吸收利用的具体机制尚不明确。为此，研究人员在《Plant Stress》上发表了最新研究成果，首次系统揭示了P. liquidambaris通过生长素（IAA）、乙烯（ETH）和细胞分裂素（CTK）三者的动态信号级联，精细调控水稻氮转运蛋白表达，从而提升低氮胁迫下氮素利用效率的分子机制。
本研究主要采用水培实验体系，通过接种P. liquidambaris B3并施加激素及其抑制剂，结合转录组测序（RNA-seq）、实时荧光定量PCR（qPCR）、植物激素含量测定和全氮分析等关键技术方法。实验以粳稻品种"武运粳23"为材料，在低氮（1.0 mM N）条件下培养，于接种后不同时间点取样分析。
3.1. P. liquidambaris接种对水稻生物量和植物激素水平的影响
研究发现，接种B3的水稻从7天开始生物量显著增加，且伴随着激素水平的动态变化。IAA在28天时达到峰值，地上部和根部分别提高39.1%和46.8%；ETH在7天时增幅最大（地上部23.8%，根部47.6%）；CTK从3-7天开始持续升高。这表明P. liquidambaris通过协调多种激素响应来促进水稻生长。
3.2. P. liquidambaris接种对植物激素信号和氮吸收基因表达模式的影响
转录组分析显示，激素信号和氮转运基因的表达具有阶段性特征。早期（2-7天）IAA和ETH信号基因显著诱导，与氮转运蛋白（NRT和AMT）基因表达正相关；后期（20天）CTK信号占主导地位。相关性分析进一步表明，IAA和ETH在中期与氮转运基因关联最强，而CTK在后期作用更为突出。
3.3. IAA和ETH信号在P. liquidambaris诱导的氮素利用改善中的相互作用
通过激素和抑制剂处理发现，IAA抑制剂PCIB和ETH抑制剂STS均显著降低B3诱导的氮积累。IAA能够促进ETH生成，而ETH对IAA水平无显著影响，说明IAA位于ETH上游。外源IAA和ETH前体ACC能够缓解相应抑制剂的负面效应，证实二者在调控氮吸收中具有协同作用。
3.4. IAA和CTK信号在P. liquidambaris诱导的氮素利用改善中的相互作用
IAA与CTK表现出拮抗关系。PCIB和CTK抑制剂LGR均抑制B3促进的氮积累，但外源IAA抑制CTK合成，外源CTK也降低IAA水平。这表明两者相互制约，共同调节氮素利用。
3.5. CTK和ETH信号在P. liquidambaris诱导的氮素利用改善中的相互作用
CTK抑制剂LGR抑制ETH生成，而ETH抑制剂STS不影响CTK水平，表明CTK位于ETH上游。两者在调控氮吸收中表现出协同效应，且这种相互作用在根系中更为明显。
3.6. P. liquidambaris接种对植物信号和氮吸收基因表达的影响
qPCR结果验证了激素对氮转运蛋白的表达偏好：IAA和CTK显著诱导硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.1表达（NRT/AMT比值分别为2.74和5.15），而ETH更倾向于促进铵转运蛋白基因OsAMT1.1表达（NRT/AMT比值为0.47）。这揭示了不同激素信号对氮素吸收形式的选择性调控。
本研究通过整合生理学、转录组学和功能验证实验，构建了P. liquidambaris调控水稻氮素利用的激素信号网络模型。该内生真菌通过时序性激活IAA-ETH-CTK信号级联，早期协同促进氮吸收，后期转向氮素再分配，从而优化水稻对低氮环境的适应能力。这一发现不仅深化了对植物-微生物互作机制的理解，而且为开发基于激素信号调控的新型微生物肥料提供了理论依据，对推进可持续农业发展具有重要意义。
