Plant Physiol | 华南植物园邓书林团队揭示ALMT家族功能分化促进植物对酸铝环境的适应机制

酸性土壤是全球分布最广泛的耕地土壤类型之一，其面积占全球潜在耕地总量的50%以上，在我国南方更是农业生产的核心土壤基质。然而，酸性土壤中释放的可溶性铝离子（Al³⁺）极易对植物根系造成损伤，是限制作物生长发育的关键非生物胁迫因子。自然界中部分植物演化出了独特的铝适应策略，泛热带亚热带分布的桃金娘科植物普遍对酸铝环境具有良好的适应，包括该科代表物种桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）。作为酸性土壤的指示物种和我国南方退化生态系统的先锋树种，桃金娘不仅能在高铝胁迫环境中正常生长，还可利用低浓度铝离子促进自身发育。这一“化害为利”的特殊现象背后的分子机制，长期以来备受学界关注。

近日，中国科学院华南植物园邓书林研究员团队在植物学经典期刊Plant Physiology上发表题为Functional divergence of ALMTs mediates organic acid transport and callose synthesis for aluminum tolerance in rose myrtle的研究论文，系统解析了桃金娘适应铝胁迫并实现铝促生长的双重分子调控机制。

研究团队围绕桃金娘响应铝胁迫的核心通路展开深入探究，发现铝激活苹果酸转运蛋白（ALMT）家族中的两个关键基因RtALMT11与RtALMT18存在显著的功能分化特征，为解析植物铝适应的复杂调控网络提供了全新视角。该研究从系统生物学层面阐明，ALMT基因家族正是通过功能分化的方式，实现对植物铝响应过程的精细调控：RtALMT11介导经典的铝诱导型防御响应，通过分泌苹果酸螯合根际铝离子以降低其毒害作用，属于被动抵御铝胁迫的策略；而RtALMT18则演化出低铝诱导的类组成型表达特性，不仅参与调控细胞壁胼胝质合成，还能协同调控植物生长信号通路，实现“耐铝胁迫”与“促进生长”的双重功能，代表了一种主动适应铝环境的进化方向。这种功能分化模式，使桃金娘能够精准应对不同浓度的铝离子环境——在低铝条件下促生增效，在高铝胁迫下防御自保，最终实现对酸性土壤生境的完美适应。

综上，该研究拓展了植物铝毒耐受与铝促生长的分子理论体系，为植物逆境适应的进化生物学研究提供了新的框架，揭示了ALMT基因家族功能分化的具体机制，为该基因家族的功能演化研究开辟了全新方向。桃金娘中兼具耐铝与促生功能的关键基因RtALMT18为作物分子育种提供了优质的基因资源。该研究成果为桃金娘应用于酸性土壤的生态修复提供了重要的理论依据与技术支撑。

华南植物园已出站博士后杨玲为该论文第一作者，邓书林研究员为通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金和广东省科技计划项目资助。

论文链接：

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