近日，生科院朱先灿团队在农业与食品化学领域重要期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上发表题为《Potential regulatory effects of arbuscular mycorrhizal fungi on lipid metabolism of maize in response to low-temperature stress》的研究论文。生科院硕士研究生胡金典为论文第一作者，朱先灿为论文通讯作者，安徽师范大学为第一完成单位。生科院青年教师张亚和杜冬生，以及中国科学院东北地理与农业生态研究所李书鑫参与本研究相关工作。

玉米是世界上广泛种植的作物，是中国产量最高的粮食作物。玉米生产对全球粮食安全至关重要。玉米对低温敏感，低温往往会阻碍玉米种子萌发和幼苗发育，从而在很大程度上限制玉米的产量。当前，在异常的全球气候条件下，寒冷天气事件的不可预测性加剧，延长了春末寒潮的持续时间，从而对种子发芽和作物生长造成重大限制。而丛枝菌根真菌（AMF）是一类普遍存在于自然环境中的共生微生物，可与大多数陆生植物建立互惠互利的共生关系。AMF具有促进植物生长、增强养分吸收、改善土壤结构、提高植物抗逆性等作用。在低温胁迫下，AMF可提高宿主植物对低温的抗性。

目前，低温胁迫下AMF诱导植物膜脂重塑和基因表达变化的具体机制尚不清楚。该研究通过生理、转录组学和脂质组学分析，阐明了AMF增强玉米低温胁迫适应性的生理机制。结果表明，与常温条件相比低温胁迫造成玉米叶片相对电导率和丙二醛显著增加，而接种AMF则显著降低了玉米叶片的相对电导率和丙二醛含量，减少了膜脂过氧化，维持了细胞膜的流动性，从而降低细胞膜通透性以及减少有害物质的产生。转录组学分析显示，低温胁迫下，接种AMF和未接种AMF的玉米叶片的差异表达基因共有702个，其中上调表达基因196个，下调表达基因506个。对差异表达基因进行KEGG富集通路分析发现，低温胁迫下接种AMF后玉米叶片中与甘油磷脂代谢和醚脂质代谢途径相关的差异表达基因（如ZmGPAT1、ZmDGK2）受到显著影响，说明AMF可以通过改变脂质代谢途径的基因表达调控玉米叶片的低温抗性。此外脂质组学分析显示，在低温胁迫条件下，接种AMF引起脂肪酸类（如OAHFA）、甘油脂类（如MGDG、DGDG、MADAG）、甘油磷脂类（PC、PG、CDPDAG）和鞘脂类（Cer、GT3）脂质变化，调控玉米幼苗响应低温胁迫的能力。因此，脂质代谢和重塑是丛枝菌根植物应对低温胁迫的重要策略。该研究结果有助于了解AMF提高玉米适应低温胁迫能力的调控机制，为发掘关键耐寒基因以及脂质代谢物，提高玉米产量提供科学依据。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.4c06908