近日，南京农业大学、中山大学、英国皇家植物园邱园等多家单位合作在《The ISME Journal》发表题为“Regulatory adaptation of an accessory gene controls fungal halotolerance and niche expansion”的研究论文。该研究通过对我国滨海盐土木霉属真菌的大尺度生态调查，结合耐盐基因的酵母文库筛选、基因靶向编辑、启动子替换、合成木霉群落微宇宙实验，以及全球条形码数据整合分析，系统揭示了附属基因gld1（编码醛酮还原酶）介导的自适应调控机制，阐明了其对滨海盐土中动态渗透胁迫的响应过程，并解析了该机制在盐胁迫条件下赋予菌株竞争优势的作用。木霉属（Trichoderma spp.）真菌多见于枯木、土壤、根际和植物相关生境，但在盐渍化土壤和海岸带环境中，也会反复分离得到部分木霉物种。然这些木霉只是偶然进入盐环境，还是具备适应盐胁迫并扩展生态位的能力？
围绕这一问题，研究团队沿中国海岸带开展大型生态调取样查，从83个滨海土壤样点中分离获得443株木霉。结果显示，滨海盐土这一生境中木霉多样性相对较低，但T. asperelloides在中高盐度土壤中被反复检出，在实验室条件下也表现出较强NaCl耐受能力。进一步与筛选自东北黑土地、非盐渍化农业土壤等来源的木霉菌株比较，作者发现这一耐盐表型并非滨海盐土分离株独有，而更可能是T. asperelloides这一物种本身较为稳定的生态生理特征。图1.中国海岸带木霉多样性与耐盐性
为解析耐盐能力的分子基础，研究团队选择代表性菌株拟棘孢木霉T. asperelloides X01119构建盐胁迫诱导的cDNA文库，并在酿酒酵母中进行异源表达筛选。经过高盐筛选、高通量测序和单克隆验证，研究获得62个候选基因，其中12个基因在T. asperelloides自身受到盐胁迫时显著上调。随后，作者逐一进行基因敲除验证，最终锁定一个编码醛酮还原酶的基因gld1；该基因缺失会明显削弱菌株在盐胁迫下的生长，基因回补后耐盐能力恢复。GLD1已知参与一条非主要甘油合成通路。甘油是真菌应对高渗环境的重要相容性溶质，可帮助细胞维持渗透稳态。研究发现，gld1在NaCl、KCl和山梨醇等胁迫下被强烈诱导转录，最高可达约300倍；多数木霉物种中，gld1表达只是短暂的脉冲式升高，而T. asperelloides能够维持长达8小时的持续高表达。这说明，T. asperelloides的耐盐优势不仅与甘油合成有关，也与其更持久的调控响应有关。
启动子替换实验进一步验证了这一点。研究团队将盐敏感菌株T. atrovirideIMI 206040的gld1启动子替换为T. asperelloides的gld1启动子，结果使其耐盐能力提高约2倍，同时gld1转录水平提高约1.8倍。这表明，不同木霉之间的耐盐差异，很大程度上来自gld1在盐胁迫下被如何启动，而不只是基因编码序列本身的变化。
为了检验gld1即时响应赋予的生态竞争优势，研究团队构建了包含27个木霉物种的合成群落。盐土微宇宙试验结果显示，在盐胁迫条件下，野生型T. asperelloides为绝对优势物种；而其gld1缺失突变体则无这一竞争优势；回补gld1后，其属内竞争力得到恢复。这说明，gld1不仅影响单菌株在含盐培养基上的生长，也会改变T. asperelloides在多物种木霉群落中的竞争结果。
图3.gld1赋予盐胁迫下的群落竞争优势
研究团队还将本次滨海盐土分离菌株置于全球地理分布背景中分析，基于tef1条形码重新整理公共数据，发现中国海岸带T. asperelloides并未形成独立的“海岸带专属谱系”，其耐盐相关表型可能代表该物种普遍的生态潜力。结合野外调查、分子功能解析和群落竞争结果，研究团队提出：gld1基因的自适应调控是T. asperelloides适应盐土并实现生态位扩张的重要机制。综上，这项研究以滨海盐土中分离获得的木霉菌株为切入点，逐步解析关键基因gld1的种间调控差异，并在木霉合成群落中验证了这种调控对特定生境下属内竞争结果的影响。相关发现为理解真菌生态可塑性、筛选耐盐有益木霉菌株以及开发适用于盐渍化土壤的微生物资源提供了理论参考。
南京农业大学资环学院博士生丁明月和园艺学院青年教师庞冠为论文共同第一作者；中国林科院亚热带林业研究所袁志林研究员、中国热带农业科学院香料饮料研究所苏兰茜副研究员、中山大学农业与生物技术学院郭俊杰副教授、北京农学院植物科学技术学院王维香教授、以色列希伯来大学Oded Yarden教授参与指导了该工作；南京农业大学、中山大学相关课题组学生参与了实验过程；南京农业大学沈其荣院士、英国皇家植物园邱园Irina S. Druzhinina教授和中山大学生态学院蔡枫副教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目（2024YFD1502200）等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag162
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