中科院科學家：真菌更喜歡從植物根部「揩油」，而非「吃糖」

在自然界，一些真菌靠寄生在植物身上來獲取營養，求得溫飽。它們之間可能是互利共生的，也可能相愛相殺，如病原真菌的寄生。它們像是人體內的腸道菌群，只不過不是細菌，而是真菌。

長期以來，人們一直以為，糖，尤其是葡萄糖，是植物供給這些真菌的主要營養物質。這已經被寫進了教科書。

但教科書將被改寫。最新發表在國際知名學術期刊《科學》（Science）的一項研究成果顛覆了人們的這一認知。研究人員證明植物提供給真菌的主要的含碳營養物質是脂肪酸，而非糖。

植物微生物共生。 王二濤 圖

真菌更喜歡「揩油」

6月8日下午，標題為《植物轉運脂質給真菌以維持共生或病原真菌的寄生》（Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi）的研究論文在線發表在《科學》上。研究人員提出證據，證明植物提供給真菌的主要的含碳營養物質是脂肪酸，而非糖。

該研究主要由姜伊娜博士後和博士研究生王萬曉、謝秋瑾等人，在中國科學院上海植物生理生態研究所研究員王二濤指導下完成。

王二濤研究員形象地描述這一過程為，真菌更喜歡「揩油」，而非吃糖。他認為，這一發現或將改變人們關於植物真菌病害的應對之道，有望應用於綠色農業，減少農藥的使用。菌根共生的應用有助於改善生態，也有助於培育、篩選新的作物品種，以提高有益真菌的共生。

幾乎同一時間，《科學》期刊「背靠背」在線發表了另一篇類似的研究論文，英國一家實驗室用不同研究手段，證明了同一結論。但其論文被接受的時間比王二濤的晚了大約一周。

王二濤表示，這是目前為止他投稿最順利的一篇研究論文，投稿到《科學》期刊大約兩個多月後即被接受。

80-90%的植物都建立菌根共生。 王二濤 圖

共生VS寄生

8日下午，王二濤研究員告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），調查顯示，超過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50億噸光合作用後代謝的產物傳遞給菌根真菌，供其生長，並留存在土壤中。而菌根真菌回饋給植物氮、磷等物質，維持著整個生態系統的碳氮平衡。

王二濤說，土壤也是一個生態系統，菌根真菌產生的有機酸等物質，使土壤不板結。當它們存在時，植物的茁壯程度更勝一籌。此外，有觀點認為，在漫長的進化歷史中，真菌在植物從水生到陸生這一演化過程中發揮了重要作用。

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麼營養物質，如果調控這一過程（促進或者阻斷），能否有利於農業生產？

王二濤帶領的研究人員利用穩定同位素標定、分子生物學等手段，通過對有益的菌根真菌，以及有害的白粉菌的研究，解答了上述謎題。

最直接的證據

最直接的證據來自穩定同位素標定實驗。

姜伊娜告訴澎湃新聞，他們以胡蘿蔔的根部和叢枝菌根真菌（Rhizophagus irregularis）為研究體系，一半寄生，一半不寄生。

叢枝菌根真菌是有益真菌的一種，它可以寄生在胡蘿蔔等植物的根部，在從植物獲取營養的同時，也回饋給植物氮、磷等營養物質。

他們在實驗體系中加入了用同位素C（13）標定過的甘油（一種脂肪酸），最終檢測叢枝菌根真菌中的同位素成分。研究人員發現，在該實驗體系的叢枝菌根真菌細胞中，也發現了C（13）標記的葡萄糖，但該真菌細胞中儲存了更大量的脂肪酸。

通過對上述實驗體系的研究，姜伊娜等人首次否定了糖是植物傳遞給菌根真菌主要碳源。他們驚訝地發現，植物傳遞給真菌的是脂肪酸。

人們常說的脂肪，其化學本質即脂肪酸。它有長長的由碳、氫元素組成的分子鏈，能量密度遠高於糖類物質。

碳在菌根共生過程中的代謝與轉運。 王二濤 圖

終於找到其轉運蛋白

而且植物傳遞給真菌的是一種特殊的脂肪酸——單醯基甘油（2-MAG）。

王二濤解釋說，只有當真菌寄生到植物根部時，在二者接觸的界面上，植物細胞中合成2-MAG的整個代謝通路被極度活化，相關基因表達被上調了上千倍，2-MAG被大量合成，並傳遞給真菌。這樣的生理活動非同尋常，因為在其他植物細胞中，單醯基甘油合成量非常少。

更重要的是，姜伊娜等人找到了植物細胞轉運單醯基甘油的蛋白——STR和STR2的蛋白二聚體。轉運過程需要ATP的參與。通過基因突變方法，使該轉運蛋白複合體失活時，叢枝菌根真菌在植物根部的寄生情況大為減少。

姜伊娜表示，此前，人們認為糖是植物給真菌的主要碳基營養物質時，也一直想要找到其轉運蛋白，但都以失敗告終。即使在植物的基因組中篩選這一蛋白的基因，也沒有成功。但發現是脂肪酸時，這一問題卻迎刃而解。

很多謎團待解，可望應用於綠色農業

王二濤表示，這一研究成果還可能應用在對抗病原真菌或真菌病害上。

研究人員使用模式植物擬南芥測試了白粉菌。通過遺傳學手段，當抑制擬南芥合成脂肪酸的代謝途徑，白粉菌對擬南芥的侵襲程度明顯減輕。如果能夠尋找到更精準地瞄準脂肪酸轉運過程的抑制劑，或許可以更快應用於農業生產。

謎團還有很多，比如，不同的病原真菌侵襲植物時，是否需要不同的轉運蛋白，這能否成為有效消除真菌病害的手段？

此外，在菌根真菌與植物根部接觸的界面上，是不是不只植物細胞需要有轉運蛋白，菌根真菌的細胞在接受植物傳遞的單醯基甘油時，是否也需要特定的蛋白？在植物根部土壤中加入適量的單醯基甘油，是否能促進菌根真菌的寄生？還有哪些手段可以促進菌根真菌的共生？

研究人員認為，他們開闢了一個新的研究領域。

但王二濤強調，這一研究成果是針對真菌，而非大豆根部共生的根瘤菌等細菌，根瘤菌從植物獲取到的是氨基酸，植物的其他寄生細菌獲取的是糖。

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