Новый изолированный гриб Talaromyces sp. MC-F2 эффективно растворяет фосфат за счёт зависимости метаболизма от среды

Почему важна «запертая» пищевая составляющая для растений

Большая часть фосфора в пахотных почвах связана в труднорастворимых минералах, которые растения не могут усвоить, даже при многолетнем внесении удобрений. Это ведёт к напрасным расходам, ухудшению состояния водоёмов и недостаточному питанию посевов. Описанное здесь исследование представляет недавно обнаруженный почвенный гриб, способный высвобождать этот скрытый фосфор, и необычно подробно объясняет, как гриб меняет свою внутреннюю химию в зависимости от окружающей среды, чтобы делать это эффективно.

Новый помощник из-под земли

Исследователи собрали образцы почвы с сельскохозяйственных угодий в восточном Китае и искали микроорганизмы, способные растворять твёрдые фосфатные минералы. Им удалось выделить перспективный гриб, которому дали название Talaromyces sp. MC-F2. На лабораторной чашке этот штамм образовывал прозрачные зоны вокруг колоний — визуальный признак растворения трёхкальциевого фосфата в среде. Микроскопия и анализ ДНК подтвердили, что организм относится к роду Talaromyces, группе грибов, родственной более известным видам типа Penicillium, но значительно меньше изученной в контексте увеличения доступности питательных веществ в почве для растений.

Преобразование фосфора, связанного в породе, в доступную форму

Чтобы оценить способность нового гриба освобождать фосфор, команда выращивала MC-F2 в трёх стандартных жидких средах: Pikovskaya (PVK), NBRIP и картофельно-декстрозном бульоне (PDB), каждая из которых содержала разные количества трёхкальциевого фосфата. При всех условиях гриб заметно понизил pH среды и вызвал перенос больших количеств фосфора из твёрдого минерала в раствор. Максимальная эффективность наблюдалась в среде NBRIP, где конечные концентрации растворённого фосфора систематически превышали таковые в двух других средах при одинаковой загрузке минералом. Это демонстрирует, что и гриб, и химическая среда совместно определяют объём образующегося для растений доступного фосфора.

Кислотные «инструменты» и новые кристаллы

Гриб в основном действует путём секреции органических кислот — малых кислых молекул, разрушающих поверхности минералов. Химический анализ показал, что MC-F2 продуцировал особенно большие количества глюконовой и яблочной (малатной) кислот, причём соотношение между ними менялось по мере изменения концентрации минерала. В более богатой среде с большим содержанием минерала производство яблочной кислоты резко возрастало, тогда как глюконовая кислота, как правило, снижалась. По мере растворения трёхкальциевого фосфата выделявшийся кальций соединялся с оксалатом, образованным грибом, формируя новые кристаллы гидратов оксалата кальция. Эти вторичные минералы, подтверждённые рентгеновской дифракцией и электроннoй микроскопией, значительно менее склонны вновь блокировать фосфор, что помогает сохранять его в формах, доступных для растений.

Внутри грибной «фабрики»

Чтобы понять, как гриб настраивает свою химию в ответ на разные среды и нагрузки минералом, исследователи использовали нетаргетированный метаболомный анализ — широкий обзор сотен малых молекул внутри и вокруг клеток. Они обнаружили, что состав питательных веществ и количество трёхкальциевого фосфата сильно перестраивали ключевые метаболические пути. В NBRIP цикл, отвечающий за большую часть энергетического и углеродного потока клетки (цикл ТКА), оказался особенно активированным, с многократным увеличением промежуточных продуктов, таких как малат и цитрат. Эти изменения коррелировали с наблюдаемыми всплесками секреции яблочной кислоты и высвобождения фосфора. Другие пути, включая связанные с аминокислотами и транспортом молекул через мембраны, также включались или отключались в зависимости от степени минерального стресса, что показывает гибкую стратегию, а не единственный жёсткий механизм.

От лабораторных колб к более зелёным полям

В целом работа показывает, что Talaromyces sp. MC-F2 — мощный природный инструмент для преобразования связанного в породе фосфора в питательные вещества, доступные растениям, главным образом за счёт направленного производства органических кислот, перестраивающих как химию раствора, так и сами минералы. Отображая реакцию его метаболизма на разные условия, исследование прокладывает путь к разработке сред, препаратов или даже улучшенных штаммов, которые максимизируют высвобождение фосфора. Для фермеров и экологов этот гриб представляет собой перспективный шаг к биоудобрениям, способным снизить зависимость от синтетических фосфорных добавок, эффективно использовать «наследственный» фосфор в почвах и сокращать загрязнение, опираясь на тихую, но тонко отлаженную работу почвенных микроорганизмов.

Цитирование: Xia, M., Bao, P., He, S. et al. A new isolated fungus Talaromyces sp. MC-F2 efficiently solubilizes phosphate through media-dependent metabolic regulation. Sci Rep 16, 14121 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44554-w

Ключевые слова: фосфатирующие грибы, биоудобрение, фосфор в почве, Talaromyces, органические кислоты