揭秘兰花菌根真菌 Tulasnella sp. SV6 的共生前响应：转录组与代谢组学的新发现

《Mycorrhiza》：Omics approaches to investigate pre-symbiotic responses of the mycorrhizal fungus Tulasnella sp. SV6 to the orchid host Serapias vomeracea

为探究兰花菌根（ORM）共生前阶段的分子变化，研究人员以 Tulasnella sp. SV6 和兰花宿主 Serapias vomeracea 为对象，采用转录组和代谢组学方法进行研究。结果发现真菌在共生前发生转录组和代谢组重塑，该研究为理解 ORM 共生机制提供了新视角。

　　在神秘的植物世界里，植物与微生物的共生关系一直是科学家们热衷探索的领域。其中，菌根（mycorrhiza）作为植物与真菌形成的共生体，对植物的生长、健康和生态系统的稳定起着至关重要的作用。兰花菌根（Orchid Mycorrhiza，ORM）更是独特，兰花种子在自然环境中萌发和早期生长依赖于真菌共生，因为其种子几乎没有储存能量，需要真菌提供营养 。

尽管植物 - 微生物共生的研究已取得不少成果，但对于 ORM 共生前阶段，也就是真菌与兰花根系物理接触之前发生的分子变化，我们知之甚少。大多数研究集中在已建立的菌根中植物和真菌代谢的调节上，而共生前阶段的化学信号、细胞组织和代谢变化等方面的研究还很匮乏。为了填补这一空白，来自多个研究机构的研究人员开展了深入研究，其研究成果发表在《Mycorrhiza》杂志上。

研究人员为了探究 Tulasnella sp. SV6 对兰花宿主 Serapias vomeracea 的共生前响应，建立了一种体外共培养系统。他们使用了转录组学（RNA-seq）和非靶向代谢组学等关键技术。在转录组学分析中，对真菌菌丝进行 RNA 提取、文库制备和测序，以确定基因表达的变化；在代谢组学分析中，通过一系列处理和检测手段，分析真菌代谢物的变化 。

转录组学分析结果

研究人员对 Tulasnella sp. SV6 在共生前（PRESYMB）和自由生活（FLM）状态下的基因表达进行比较，发现共有 1669 个基因差异表达（adj. p-value <0.05）。其中，1002 个基因上调，667 个基因下调。上调基因涉及蛋白质合成、氨基酸和脂质生物合成等过程，如编码谷胱甘肽 S - 转移酶、小分泌蛋白等的基因显著上调 。基因本体（Gene Ontology，GO）富集分析表明，上调基因主要与核糖体生物发生、有机氮化合物生物合成过程等相关。

代谢组学分析结果

通过主成分分析（PCA）发现，PRESYMB 样本和 FLM 样本的代谢组存在明显差异。在 PRESYMB 样本中，共检测到 3372 个质量特征，其中 235 个有显著差异（adj. p-value <0.05）。注释出的 36 种化合物中，多数在 PRESYMB 样本中含量更高，包括多种脂质（如磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰胆碱）、氨基酸（如脯氨酸、哌可啉酸、苯丙氨酸）以及一些次生代谢物（如肉桂酸、倍半萜类化合物） 。

研究结论与讨论

综合转录组学和代谢组学结果，研究表明 Tulasnella sp. SV6 在与兰花宿主物理接触前，其转录组和代谢组发生了显著重塑。真菌可能感知到兰花根系释放的信号，从而激活了涉及蛋白质和脂质生物合成的生物合成机制 。然而，这些变化是对共生相关信号分子的特异性反应，还是植物在共培养系统中释放的其他物质（如营养丰富的分泌物或挥发物）引起的，仍有待进一步研究。此外，研究还推测氨基酸代谢的变化可能不仅是为了满足真菌生长和信号传导的需求，还可能与向兰花转移营养有关。

这项研究首次揭示了 Tulasnella sp. SV6 在共生前的转录组和代谢组变化，为深入理解兰花菌根共生机制提供了重要依据，也为后续研究指明了方向，有助于进一步探索植物与真菌共生关系的奥秘，对植物生长发育和生态系统研究具有重要意义。