土壤微生物PhoD功能基因的pH可塑性研究获进展
文章导读
碱性磷酸酶（ALP）通常被认为只在碱性pH下高效工作，但编码它的PhoD基因却在pH 3~9的酸性、中性和碱性土壤中广泛分布。全球数据分析显示，酸性土壤中PhoD基因丰度、ALP活性均与pH呈正相关，表明非最适pH下有机磷矿化仍可持续。分子动力学模拟揭示，PhoD基因—ALP系统对土壤pH具有可塑性，微生物能通过功能适应维持有机磷矿化。这为预测气候情景与土壤酸化下磷的生物可利用性及生态系统韧性提供了依据。
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土壤微生物功能基因及其编码的酶驱动着养分循环，是土壤生物地球化学过程的基础。在气候变化背景下，探究基因—酶系统的功能可塑性，对于持续保持微生物活性和酶的生态功能具有重要意义。
近日，中国科学院西双版纳热带植物园等研究人员，系统探究了土壤微生物PhoD功能基因的pH可塑性悖论，及其在不同土壤pH梯度下对土壤磷可利用性的潜在作用。
研究人员基于全球尺度数据分析发现，尽管碱性磷酸酶（ALP）活性具有明显的碱性pH最适条件，但编码该酶的PhoD基因却在酸性、中性和碱性土壤（pH 3~9）中广泛分布。在酸性土壤中，PhoD基因丰度、ALP活性与土壤pH呈正相关，表明在非最佳pH条件下，由PhoD介导的有机磷矿化过程仍可持续进行。
该发现挑战了“ALP活性严格受其生化pH最适条件限制”的传统认知。研究结合分子动力学模拟进一步阐明，PhoD功能基因—ALP系统对土壤pH具有显著的可塑性，微生物群落能够通过功能适应，在酶已适应的碱性pH最适范围之外维持有机磷矿化。
这一关键适应性特征为预测未来气候情景及土壤酸化趋势下磷的生物可利用性和生态系统韧性，提供了重要理论依据。
相关研究成果发表在《土壤生物学与生物化学》（Soil Biology and Biochemistry）上。研究工作得到国家自然科学基金、云南省基础研究计划等的支持。
分子动力学模拟展示pH对PhoD酶与有机磷底物之间相互作用的影响
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