——揭示ALMT家族功能分化促進植物對酸鋁環境的適應機制

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，在我國南方更是農業生產的核心土壤基質。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系統的先鋒樹種，桃金娘不僅能在高鋁脅迫環境中正常生長，還可利用低濃度鋁離子促進自身發育。這一“化害為利”的特殊現象背后的分子機制，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典期刊Plant Physiology上發表題為“Functional divergence of ALMTs mediates organic acid transport and callose synthesis for aluminum tolerance in rose myrtle”的研究論文，系統解析了桃金娘適應鋁脅迫并實現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，發現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絡提供了全新視角。該研究從系統生物學層面闡明，ALMT基因家族正是通過功能分化的方式，實現對植物鋁響應過程的精細調控：RtALMT11介導經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，還能協同調控植物生長信號通路，實現“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，最終實現對酸性土壤生境的完美適應。

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修復提供了重要的理論依據與技術支撐。

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