Science：解码植物-真菌共生的动力学

大自然错综复杂的舞蹈常常以神秘的方式展开，隐藏在肉眼之外。在这个神秘的探戈的核心是一个至关重要的伙伴关系:植物和一种被称为丛枝菌根(AM)真菌的真菌之间的共生关系。最近发表在《科学》杂志上的一项突破性研究深入研究了这种伙伴关系，揭示了加深我们对植物- am真菌相互作用的理解的关键见解，并可能导致可持续农业的进步。

　　

大自然错综复杂的舞蹈常常以肉眼无法看到的神秘方式展开。这支神秘探戈的核心是一种重要的伙伴关系：植物与一种被称为丛枝菌根（AM）真菌的真菌之间的共生关系。

最近发表在《科学》杂志上的一项突破性研究深入探讨了这种伙伴关系，揭示了加深我们对植物—AM真菌相互作用的理解的关键见解，并可能导致可持续农业的进步。

AM真菌生活在植物根细胞内，与植物宿主形成独特的联盟。这种关系不仅仅是简单的共存，它涉及到一种复杂而关键的营养交换，这是真菌生存所必需的，对植物非常有益。

博伊斯汤普森研究所(BTI)的研究人员发现了两种蛋白质CKL1和CKL2的作用，这两种蛋白质仅在含有AM真菌的根细胞中活跃。这两种蛋白质属于一个更大的蛋白质家族，称为CKLs，它们在植物中的功能尚未完全了解。

“CKL家族的近亲是一种叫做CDKs的蛋白质，它控制植物细胞周期，位于细胞核中。令人惊讶的是，CKL1和CKL2蛋白进化出了与CDK不同的作用——它们不控制细胞周期。它们被拴在根细胞的膜上，包括围绕真菌的膜，”BTI博士后研究员、该研究的第一作者Sergey Ivanov博士说。

科学家们发现，这些CKL蛋白对真菌在植物根部的生存至关重要。它们在控制脂质(脂肪)从植物流向真菌的过程中起着关键作用，这一过程对真菌的营养至关重要。没有这些蛋白质，控制脂质转移的关键基因就不会被激活，导致真菌挨饿。

该研究还揭示了一个涉及几种受体激酶蛋白相互作用的复杂网络。其中一种激酶以其允许AM真菌穿透根外层的作用而闻名。研究人员发现，这种激酶在根的深处扮演了一个新的角色，在那里它与CKL蛋白合作，可能启动脂质向真菌的流动。

令人惊讶的是，虽然CKL蛋白对控制脂质流动至关重要，但它们并不能控制整个共生脂质途径。相反，它们控制着负责这一途径开始和结束的基因。与此同时，在这一途径中起作用的关键蛋白RAM2被另一种调节因子RAM1激活。为了发生全面的脂质生成，CKL和RAM1通路都必须是活跃的。

“脂质对植物来说是昂贵的，所以双重调节机制可能确保脂质供应受到严格控制，也许是防止真菌病原体利用的保障，”BTI教授、该研究的高级作者Maria Harrison博士说。

Harrison继续说道:“在农业方面，利用这种自然共生关系可以使作物更有效地吸收养分，更能适应环境压力。”

这项研究不仅加深了我们对植物-AM真菌共生背后的分子动力学的理解，而且还强调了维持我们星球上生命的复杂且经常看不见的联系。它提醒我们，大自然中存在着难以置信的复杂性和相互依赖性，其中大部分就隐藏在我们的脚下。

这项研究的资金由美国国家科学基金会植物基因组研究计划提供。