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[優(yōu)秀文章推薦] Science：在植物-微生物相互作用研究中取得重要進(jìn)展 已有3人參與
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國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所王二濤研究組關(guān)于植物-微生物相互作用的最新研究成果。研究論文Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi 首次揭示了在叢枝菌根真菌與植物的共生過(guò)程中，脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式，并發(fā)現(xiàn)脂肪酸作為碳源營(yíng)養(yǎng)在植物-白粉病互作中起重要作用。 菌根共生是植物與菌根真菌建立的互惠互利的同盟，也是自然界最為廣泛的共生形式。植物可通過(guò)與菌根真菌共生高效率地從土壤中獲得磷和氮等營(yíng)養(yǎng)；同時(shí)植物把20%左右的光合作用產(chǎn)物傳遞給菌根真菌供其生長(zhǎng)。每年大約有50億噸的光合作用產(chǎn)物通過(guò)菌根真菌被固定在土壤中，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的碳氮平衡具有重要的作用。傳統(tǒng)理論認(rèn)為糖是植物為菌根真菌提供碳源營(yíng)養(yǎng)的主要形式。 王二濤團(tuán)隊(duì)通過(guò)穩(wěn)定同位素標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，首次否定了糖是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式。同時(shí)，研究者采用遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及代謝生物學(xué)的手段研究發(fā)現(xiàn)，植物宿主的脂肪酸合成對(duì)于叢枝菌根真菌共生是必須的，并且植物合成的脂肪酸能夠直接傳遞給菌根真菌。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)植物基因合成的一類特殊脂肪酸分子，被植物的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)給菌根真菌。該研究系統(tǒng)揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要傳遞形式，推翻了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，對(duì)于理解生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)具有重要的意義。 同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，在植物病原真菌相互作用中，病原真菌和寄主植物爭(zhēng)奪脂肪酸作為其生長(zhǎng)的碳源，進(jìn)而侵染植物，造成作物的減產(chǎn)。通過(guò)降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)，能夠有效地抑制病原真菌的致病性。該機(jī)理的揭示有助于將來(lái)選育抗真菌病害作物。 調(diào)查顯示，超過(guò)80%的植物根部都共生有真菌，比如，水稻、玉米、小麥等作物。這些真菌被稱為菌根真菌。植物每年把大約50億噸光合作用后代謝的產(chǎn)物傳遞給菌根真菌，供其生長(zhǎng)，并留存在土壤中。而菌根真菌回饋給植物氮、磷等物質(zhì)，維持著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的碳氮平衡。 王二濤說(shuō)，土壤也是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，菌根真菌產(chǎn)生的有機(jī)酸等物質(zhì)，使土壤不板結(jié)。當(dāng)它們存在時(shí)，植物的茁壯程度更勝一籌。此外，有觀點(diǎn)認(rèn)為，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷史中，真菌在植物從水生到陸生這一演化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。 但也有一些有害真菌可以侵襲植物，造成病害，比如小麥白粉病、水稻稻瘟病、玉米瘤黑粉病等真菌病害。 真菌到底從植物身上汲取了什么營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果調(diào)控這一過(guò)程（促進(jìn)或者阻斷），能否有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)？ 王二濤帶領(lǐng)的研究人員利用穩(wěn)定同位素標(biāo)定、分子生物學(xué)等手段，通過(guò)對(duì)有益的菌根真菌，以及有害的白粉菌的研究，解答了上述謎題。 |
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