Около 30–40% пахотных земель в мире страдают от токсичности алюминия. Ионы алюминия в микромолярных концентрациях способны подавлять удлинение корней, что приводит к значительному снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Новейшее исследование Китайской академии тропического сельского хозяйства впервые обнаружило у стилосантеса (Stylosanthes) ген пурпурной кислой фосфатазы SgPAP27b, который повышает устойчивость растений к кислому алюминию за счёт регуляции перестройки липидов мембраны — эта функция опровергает традиционное представление о том, что гены этого семейства участвуют только в адаптации к низкому содержанию фосфора.

1. «Алюминиевая» угроза кислых почв

Кислые почвы составляют около 30–40% мировой пахотной площади, а на их долю приходится 32% территории Китая. В кислой среде с pH ниже 5,5 алюминий в почве высвобождается в форме Al³⁺. Ионы алюминия в микромолярных концентрациях могут сильно подавлять удлинение корней, что приводит к нарушению поглощения воды и питательных веществ и значительному снижению урожайности культур. Токсичность алюминия является основным ограничивающим фактором для сельскохозяйственного производства на кислых почвах.

Стилосантес — важная бобовая кормовая культура в тропических и субтропических регионах, а также пионерное растение на кислых почвах, обладающее высокой устойчивостью к кислотному и алюминиевому стрессу. Расшифровка механизмов его устойчивости к алюминию имеет важное значение для выведения новых высокоурожайных и стрессоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур, адаптированных к кислым почвам.

2. Научная новизна: перестройка липидов мембраны — «новый ключ» к устойчивости растений к алюминию

16 марта 2026 года исследовательская группа по тропическим кормовым культурам Института ресурсов тропических культур Китайской академии тропического сельского хозяйства опубликовала исследование в журнале «Journal of Hazardous Materials» (первый квартиль Китайской академии наук, IF=12.2), впервые раскрыв новую функцию гена семейства пурпурных кислых фосфатаз (PAP) SgPAP27b в устойчивости растений к кислотному и алюминиевому стрессу.

Новизна 1: Опровержение представлений — «кросс-функциональность» семейства PAP

Ранее основной известной функцией генов семейства пурпурных кислых фосфатаз (PAP) была помощь растениям в адаптации к стрессу, вызванному низким содержанием фосфора. Идентифицированный в данном исследовании SgPAP27b является первым геном PAP растений, доказавшим свою функцию устойчивости к кислому алюминию, что полностью опровергает традиционные представления о функциях генов этого семейства.

Новизна 2: Интегративный мультиомиксный анализ — полная цепочка доказательств от фенотипа до механизма

Исследовательская группа с помощью анализа фенотипа корней, интегрировав мультиомиксные технологии, такие как Iso-seq, RNA-seq, метаболомика и липидомика, идентифицировала в корнях стилосантеса ген семейства PAP SgPAP27b, индуцируемый кислым алюминием. Затем с помощью биохимической характеристики ферментативных свойств и функциональной валидации трансгенов систематически выяснен механизм его действия.

Новизна 3: Перестройка липидов мембраны — ключевой механизм действия SgPAP27b

Анализ механизма показал, что SgPAP27b может непосредственно катализировать гидролиз фосфатидилинозита, способствуя накоплению инозитола и тем самым усиливая устойчивость растений к кислому алюминию посредством регуляции перестройки липидов мембраны. Перестройка липидов мембраны является ключевым адаптивным механизмом реакции растений на стрессовые условия, поддерживая целостность и функцию клеточной мембраны за счёт изменения липидного состава. Открытие SgPAP27b предоставляет новую перспективу для понимания механизмов устойчивости растений к алюминию.

Новизна 4: Полная цепочка валидации — от гена к функции

Исследование сформировало замкнутый цикл анализа механизма: «идентификация гена → биохимическая характеристика ферментативных свойств → функциональная валидация трансгенов». Такой системный дизайн исследования обеспечивает надёжность выводов и закладывает прочную основу для последующего применения в селекции.

3. Перспективы применения: предоставление новой мишени для улучшения культур на кислых почвах

1. Прямое использование в селекции устойчивых к алюминию культур

Ген SgPAP27b может служить ключевым генетическим ресурсом. Путём трансгенеза или редактирования генов его можно внедрить в основные культуры, такие как соя, кукуруза, рис, для выведения новых сортов, устойчивых к алюминию и адаптированных к кислым почвам, что напрямую повысит урожайность культур в регионах с кислыми почвами.

2. Селекция с помощью молекулярных маркеров

На основе функциональных сайтов SgPAP27b можно разработать функциональные молекулярные маркеры для скрининга алюминиево-устойчивых зародышевых плазм и пирамидной селекции, ускоряя процесс выведения улучшенных сортов.

3. Обеспечение научно-технической поддержки для устойчивого использования кислых почв

Около 30–40% пахотных земель в мире имеют проблемы с токсичностью алюминия. Это исследование предоставляет ключевой технологический путь для сельскохозяйственного использования этих «маргинальных почв». Путём выращивания или улучшения сортов культур, устойчивых к алюминию, можно преобразовать большие площади кислых пустошей в эффективные пахотные земли, что имеет важное значение для обеспечения глобальной продовольственной безопасности.

4. Расширение на исследования других видов стресса

Перестройка липидов мембраны является общим механизмом реакции растений на различные стрессы (засоление, засуха, низкие температуры). Открытие SgPAP27b предоставляет новые идеи для анализа регуляторных сетей перестройки липидов мембраны при других абиотических стрессах.

4. Отраслевое значение: раскрытие «продовольственного потенциала» кислых почв

Глубокая ценность этого исследования заключается в предоставлении генетически обоснованного решения глобальной сельскохозяйственной проблемы кислых почв. Старший научный сотрудник Чэнь Чжицзянь, автор-корреспондент исследовательской группы, долгое время занимался изучением механизмов адаптации бобовых кормовых культур к стрессовым условиям кислых почв. Это открытие знаменует собой ключевой шаг Китая в данной области.

Как отмечается в исследовании, открытие SgPAP27b не только расширяет представления о функциях семейства пурпурных кислых фосфатаз, но и предоставляет важный генетический ресурс и теоретическую основу для выведения новых высокоурожайных и стрессоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур, адаптированных к кислым почвам. Когда население мира приближается к десяти миллиардам, а пахотные ресурсы становятся всё более ограниченными, раскрытие производственного потенциала кислых почв станет важным стратегическим путём обеспечения продовольственной безопасности.

Источник: Институт ресурсов тропических культур Китайской академии тропического сельского хозяйства; Авторы: автор-корреспондент — старший научный сотрудник Чэнь Чжицзянь, старший научный сотрудник Лю Паньдао; первый автор — доктор Чжан Цзяньюй, доктор Люй Цзиньхуэй; Название статьи: SgPAP27b, a purple acid phosphatase, confers aluminum tolerance in Stylosanthes guianensis through membrane lipid remodeling; Опубликовано в: Journal of Hazardous Materials (16 марта 2026 г.).