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Science:中科院植生所王二涛研究组发表植物与微生物相互作用研究论文

摘要 : 2017年6月8日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王二涛、杨琛和陈晓亚研究组和福建农林大学唐定中研究组合作的关于植物-微生物相互作用的最新研究成果。

2017年6月8日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王二涛、杨琛和陈晓亚研究组和福建农林大学唐定中研究组合作的关于植物-微生物相互作用的最新研究成果。研究论文题为“Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi”。研究首次揭示了在丛枝菌根真菌与植物的共生过程中,脂肪酸是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式,并发现脂肪酸作为碳源营养在植物-白粉病互作中起重要作用。姜伊娜博士和博士研究生王万晓、谢秋瑾等为论文第一作者,王二涛研究员为论文通讯作者。

菌根共生是植物与菌根真菌建立的互惠互利的同盟,也是自然界最为广泛的共生形式。植物可通过与菌根真菌共生高效率的从土壤中获得磷和氮等营养;同时植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。每年大约有50亿吨的光合作用产物通过菌根真菌被固定在土壤中,对整个生态系统的碳氮平衡具有重要的作用。传统理论认为糖是植物为菌根真菌提供碳源营养的主要形式。中国科学院上海植物生理生态研究所的王二涛团队通过稳定同位素标定实验,首次否定了糖是植物传递给菌根真菌主要碳源形式。同时,研究者采用遗传学,分子生物学及代谢生物学的手段研究发现,植物宿主的脂肪酸合成对于丛枝菌根真菌共生是必须的,并且植物合成的脂肪酸能够直接传递给菌根真菌。进一步的研究发现植物基因合成的一类特殊脂肪酸分子,被植物的转运蛋白转运给菌根真菌。该研究系统揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要传递形式,推翻了传统认识,对于理解生态系统的碳氮循环具有重要的意义。

同时研究还发现,在植物病原真菌相互作用中,病原真菌和寄主植物争夺脂肪酸作为其生长的碳源,进而侵染植物,造成作物的减产。通过降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的转运,能够有效的抑制病原真菌的致病性。该机理的揭示有助于将来选育抗真菌病害作物。

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图一:脂肪酸是植物传递给菌根真菌的碳源

图二:通过阻断植物给菌根真菌提供脂肪酸提高植物抗真菌病害

原文链接:

Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi

原文摘要:

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi facilitate plant uptake of mineral nutrients and draw organic nutrients from the plant. Organic nutrients are thought to be supplied primarily in the form of sugars. Here we show that the AM fungus Rhizophagus irregularis is a fatty acid auxotroph and that fatty acids synthesized in the host plants are transferred to the fungus to sustain mycorrhizal colonization. The transfer is dependent on RAM2 (REQUIRED FOR ARBUSCULAR MYCORRHIZATION 2) and the ATP binding cassette transporter–mediated plant lipid export pathway. We further show that plant fatty acids can be transferred to the pathogenic fungusGolovinomyces cichoracerum and are required for colonization by pathogens. We suggest that the mutualistic mycorrhizal and pathogenic fungi similarly recruit the fatty acid biosynthesis program to facilitate host invasion.

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