PLOS Biology：植物发红表明真菌在根部生长

科学家们培育出了一种植物，当这些植物被帮助它们从土壤中吸收营养的真菌寄生时，它们的细胞和组织会被甜菜根色素“脸红”。这是第一次在活的植物的完整根系中实时显示这个重要的、有4亿年历史的过程。了解真菌在植物上的定植动态，有助于在未来使食物生产更加可持续。

　　

 

   

图:甜菜碱染色根

图片来源:Temur Yunusov和Alfonso Timoneda

几乎所有的作物植物都与土壤中一种叫做丛枝菌根真菌的特殊类型的真菌形成联系，这极大地扩大了它们的根表面积。这种互利的相互作用促进了植物吸收对生长至关重要的营养物质的能力。

植物自然获得的营养越多，需要的人工肥料就越少。理解这一自然过程，作为潜在增强它的第一步，是一个持续的研究挑战。这一进步可能会为农业生产率带来巨大的红利。

在发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上的一项研究中，研究人员使用甜菜根的鲜红色色素——甜菜碱——来视觉追踪土壤真菌，因为它们在活植物的根部定居。

“我们现在可以实时跟踪真菌和植物根之间的关系是如何发展的，从它们接触的那一刻起。剑桥大学塞恩斯伯里实验室的研究员、该论文的联合高级作者Sebastian Schornack博士说:“我们之前不知道发生了什么，因为没有精密的显微镜，我们无法在活的植物中看到它。”

为了实现他们的结果，研究人员设计了两种模型植物——一种豆科植物和一种烟草植物——这样当它们的根中存在丛枝菌根真菌时，它们就能产生高度可见的甜菜碱色素。这涉及到将菌根真菌激活的两个基因的控制区与合成红色甜菜碱色素的基因结合起来。

然后，这些植物被种植在一个透明的结构中，这样就可以看到根系，并且可以用平板扫描仪在不干扰植物的情况下拍摄根系的图像。

利用他们的技术，研究人员可以选择根系中红色的部分来更近距离地观察真菌，因为它进入单个植物细胞并形成复杂的树状结构——称为丛枝——生长在植物的根部。丛枝植物从土壤中吸收养分，否则植物就无法获得这些养分。

还有其他方法可以将这一过程可视化，但这些方法包括挖出并杀死植物，使用化学物质或昂贵的显微镜。这项工作使我们第一次有可能通过肉眼和简单的成像来观察共生真菌如何开始在活的植物根上殖民，并随着时间的推移寄生在植物根系统的某些部分。

“这是一个令人兴奋的新工具，可以可视化这个过程，以及其他重要的植物过程。甜菜根色素是一种独特的颜色，所以很容易看到。剑桥大学植物科学系研究员、该论文的资深联合作者山姆·布罗金顿博士说:“它们还有一个优势，就是它们是天然的植物色素，所以植物很容易接受它们。”

菌根真菌在农业上引起了越来越多的兴趣。这种新技术提供了“追踪和追踪”来自不同来源和位置的土壤中共生真菌存在的能力。研究人员说，这将使真菌选择最快的植物殖民和提供最大的农业效益。

了解和利用真菌在植物根系定植的动态有潜力以环境可持续的方式提高未来的作物产量。如果植物可以自然吸收更多的营养，这将减少对人工化肥的需求——节省资金并减少相关的水污染。

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