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。然而，这些基因-酶系统在环境条件变化下维持生态功能的潜能，仍知之甚少。了解基因-酶系统的功能可塑性有助于在气候变化背景下持续保持微生物活性和酶的生态功能。

　　近日，中国科学院西双版纳热带植物园气候变化和生态系统稳定性团队研究人员联合法国和巴西的研究人员，探究了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，分析了PhoD基因分布、碱性磷酸酶活性(ALP)与土壤pH之间的相关关系，以及在群落层面维持ALP活性和有机磷矿化的机制和分子模拟机制。

　　基于全球研究的PhoD基因丰度、ALP和土壤pH数据，研究发现，尽管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、中性和碱性土壤中均被广泛检测到，分布于广泛的pH范围(pH：3-9)以及多种生态系统类型中。在酸性土壤中观察到PhoD丰度、ALP活性与pH之间呈正相关关系，提示在非最佳pH条件下，由PhoD介导的有机磷矿化仍可能持续进行。这挑战了“ALP活性严格受其生化pH最适条件限制”这一普遍性观点。该研究第一作者Mishra Sandhya博士表示：“由PhoD编码的ALP酶及其微生物群落可能表现出功能上的pH可塑性，且能够在酶已适应的碱性pH最适范围之外维持有机磷的矿化作用，然而，关于土壤微生物PhoD基因生态分布和功能适应性目前了解甚少”。

　　研究认为，PhoD功能基因-ALP系统对土壤pH可塑性——即在多种土壤pH条件下维持有机磷矿化的能力是土壤微生物的一种关键适应性特征，鉴于气候变化加剧及人为因素导致的土壤酸化趋势，验证PhoD在更大尺度上的功能可塑性，对于预测未来气候情景下磷的生物可利用性和生态系统韧性至关重要。

　　相关研究成果以“The pH plasticity paradox: Can PhoD gene-encoded alkaline phosphatase sustain phosphorus availability across a wide range of soil pH conditions?”为题发表在国际土壤学期刊Soil Biology and Biochemistry上。

　　研究得到了云南省基础研究计划重点项目、云南省兴滇英才支持计划专项和国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目的支持。

　　论文链接

　　图1 全球尺度PhoD-pH悖论的洞见。

　　图2 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。