土壤的秘密语言！Cell子刊（IF=14.5）封面文章，解码植物与真菌之间的交流
学术
2024-10-20 16:43
法国
2024年10月，加拿大多伦多大学Shelley Lumba和Peter McCourt团队的科研人员在国际权威学术期刊《Molecular Cell》上发表了一项题为Modulation of fungal phosphate homeostasis by the plant hormone strigolactone的新研究，破解了植物与真菌交流的密码。利用酿酒酵母，研究人员发现植物激素独脚金内酯（SL）能够激活与磷代谢相关的真菌基因和蛋白质，而磷代谢系统对生长至关重要。这一关于真菌如何在分子水平上响应化学信号的见解，可能会导致培育更强适应性作物和对抗致病真菌的新策略。随着我们开始理解植物和真菌是如何交流的，我们将更好地理解土壤生态系统的复杂性，从而促进作物健康生长并改善我们对生物多样性的管理。《Molecular Cell》封面介绍：展示了一组20种自然存在的土壤真菌，它们对植物激素独脚金内酯（SL）有响应。由植物产生的SL对真菌磷稳态的调控可能解释了这两个界之间的许多复杂相互作用。在土壤中，植物根系以一种无声的分子‘语言’与真菌互动，指导它们的结构。当植物释放SL时，它们向真菌发出信号，让真菌附着到它们的根部，提供植物生长所需的磷，这是大多数肥料的主要成分，以换取碳。
在这项研究中，科研人员研究了真菌为什么以及如何响应SL。80%的植物依赖这种共生关系，增强这种与有益真菌的相互作用可以产出更健壮的作物，减少化肥使用，并最小化磷流入水道的现象。在其他情况下，致病真菌可以利用化学信号侵染作物，有时会彻底摧毁整个收成。理解这种化学语言也可能有助于阻止这类病原体。由于土壤生态系统复杂，科研人员直到现在才确定了鼓励有益真菌的具体化学物质或这些信号的效果。该研究团队通过使用较为安静且被人类驯化了数千年的酿酒酵母破译了这一密码。现代菌株易于管理，非常适合实验室操作。科研人员用SL处理酵母，并观察哪些基因因响应而关闭或开启。他们发现，这种化学信号增加了与磷代谢相关、标记为“PHO”的基因表达。进一步分析显示，SL通过位于酵母表面监测磷水平的蛋白Pho84发挥作用，激活磷代谢途径中的其他一系列蛋白。研究人员确定，当植物缺乏磷时会释放SL，向酵母发出改变其磷吸收的信号。他们发现，对SL信号的磷反应不仅适用于像酿酒酵母这样的驯化真菌，也适用于野生真菌，特别是有害的小麦赤霉病菌Fusarium
graminearum和有益的共生真菌Serendipita
indica。化学处理后基因表达作为输出是这种方法的关键，它识别了SL响应对真菌生长的影响。科研人员可以使用这种方法系统地识别与真菌交流的植物衍生小分子。增强与有益真菌的相互作用可能会带来农业上的进步，并减轻污染和粮食不安全问题。![]()
