菌根共生是植物與菌根真菌建立的互惠互利的同盟，也是自然界最為廣泛的共生形式。植物可通過與菌根真菌共生高效率的從土壤中獲得磷和氮等營養(yǎng)；同時植物把20%左右的光合作用產(chǎn)物傳遞給菌根真菌供其生長。傳統(tǒng)理論認為糖是植物為菌根真菌提供碳源營養(yǎng)的主要形式，然而6月8日，來自中科院植物生理生態(tài)研究所王二濤研究員課題組在Science雜志上發(fā)表的題為“Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi”的論文打破了上述認識，首次揭示了在叢枝菌根真菌與植物的共生過程中，脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式，并發(fā)現(xiàn)脂肪酸作為碳源營養(yǎng)在植物-白粉病互作中起重要作用。據(jù)悉，該論文從投稿到被接受十分順利，而且Science在同一時間還發(fā)表了來自英國John Innes 中心 Giles E. D. Oldroyd（溫馨提示：Giles E. D. Oldroyd是王二濤研究員博后期間的導(dǎo)師）課題組和Rothamsted 研究中心Peter J. Eastmond課題組合作完成的題為“Fatty acids in arbuscular mycorrhizal fungi are synthesized by the host plant”的結(jié)論相似的研究論文，這進一步佐證了相關(guān)發(fā)現(xiàn)的可靠性與重要性。王二濤課題組的這篇論文是今年生命科學(xué)領(lǐng)域以國內(nèi)為主完成的第25篇CNS論文，也是今年中科院植生所完成的第二篇Science論文（好玩是今年年初的一篇Science是由王二濤博士期間的導(dǎo)師何祖華研究員課題組完成）。
論文解讀：
菌根共生是植物與菌根真菌建立的互惠互利的同盟，也是自然界最為廣泛的共生形式。植物可通過與菌根真菌共生高效率的從土壤中獲得磷和氮等營養(yǎng)；同時植物把20%左右的光合作用產(chǎn)物傳遞給菌根真菌供其生長。每年大約有50億噸的光合作用產(chǎn)物通過菌根真菌被固定在土壤中，對整個生態(tài)系統(tǒng)的碳氮平衡具有重要的作用。傳統(tǒng)理論認為糖是植物為菌根真菌提供碳源營養(yǎng)的主要形式【1-3】，然而多年來的研究人員一直沒有找到相關(guān)的糖轉(zhuǎn)運蛋白。
在這項研究中，王二濤團隊通過C13同位素標定實驗，在實驗體系中用C13同位素標同時標定甘油（代表脂肪酸）和葡萄糖，但是最終在叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal，AM）中主要檢測到的是脂肪酸而不是糖，該結(jié)果從而首次否定了糖是植物傳遞給菌根真菌主要碳源形式。
同時，研究者采用遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及代謝生物學(xué)的手段研究發(fā)現(xiàn)，植物宿主的脂肪酸合成對于叢枝菌根真菌共生是必須的，并且植物合成的脂肪酸能夠直接傳遞給菌根真菌。進一步的研究發(fā)現(xiàn)植物基因合成的一類特殊脂肪酸分子（2-monoacylglycerol，2-單酰甘油，由RAM2催化合成），被植物的轉(zhuǎn)運蛋白STR-STR2（一類ABC轉(zhuǎn)運蛋白）轉(zhuǎn)運給菌根真菌。該研究系統(tǒng)揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要傳遞形式，推翻了傳統(tǒng)認識，對于理解生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)具有重要的意義。
同時研究還發(fā)現(xiàn)，在植物病原真菌相互作用中，病原真菌和寄主植物爭奪脂肪酸作為其生長的碳源，進而侵染植物，造成作物的減產(chǎn)。通過降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的轉(zhuǎn)運，能夠有效的抑制病原真菌的致病性。該機理的揭示有助于將來選育抗真菌病害作物，也為“綠色農(nóng)業(yè)”提供了有利的支撐。
據(jù)《上觀新聞》報道，其實早在2010年，還在英國從事博士后研究時的王二濤博士在克隆一些共生植物基因時，就發(fā)現(xiàn)“糖”理論無法解釋一些現(xiàn)象。他曾經(jīng)提出了質(zhì)疑，并大膽假設(shè)了另一種可能——脂肪酸是碳源營養(yǎng)的主要形式，但是卻并未獲得該領(lǐng)域研究人員的認可，畢竟“糖”理論已經(jīng)寫進了教科書。一直到2013年，王二濤學(xué)成回國組建了自己的研究組，他依然沒有放棄這一想法。特別令人欽佩的是，王二濤在回國后的短短幾年里帶領(lǐng)課題組的成員就實現(xiàn)了他當初的想法，而且該成果投稿過程出奇的順利，這無疑給了許多年輕的科研人員一些信心。也提醒一些年輕科研人員（特別是博士生和博后）當你有了好的想法一時無法實現(xiàn)的時候千萬不要放棄，等哪天有條件說不定就真的可以實現(xiàn)并且是顛覆性的發(fā)現(xiàn)。
據(jù)悉，該工作是與福建農(nóng)林大學(xué)唐定中研究員和中科院植生所楊琛和陳曉亞研究員合作完成。該工作主要由姜伊娜博士和博士研究生王萬曉、謝秋瑾等在王二濤研究員指導(dǎo)下完成?？萍疾壳嗄?73、國家轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專項、國家自然科學(xué)基金委等資助。
關(guān)于這項研究工作，論文審稿人給予很高的評價，其中一位評審人認為“This is a very interesting paper that provides novel insights into the nutrient relationship between arbusular mycorrhizal fungi and their host plant”。
說明：本文報道的內(nèi)容主要引自中科院植生所官網(wǎng)。
參考文獻：
1、Pfeffer, P. E., Douds, D. D., Bécard, G., &Shachar-Hill, Y.(1999). Carbon uptake and the metabolism and transport of lipids in an arbuscular mycorrhiza. Plant Physiology, 120(2), 587-598.
2、Bago, B., Pfeffer, P. E., & Shachar-Hill, Y.(2000). Carbon metabolism and transport in arbuscular mycorrhizas. Plant physiology, 124(3), 949-958.
3、Bago, B., Zipfel, W., Williams, R. M., Jun, J., Arreola, R., Lammers, P. J., … & Shachar-Hill, Y.(2002). Translocation and utilization of fungal storage lipid in the arbuscular mycorrhizal symbiosis. Plant Physiology, 128(1), 108-124.
王二濤，博士，現(xiàn)任中科院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所研究員，2014年中組部“青年千人計劃”入選者。1999-2003年畢業(yè)于河南大學(xué)，獲學(xué)士學(xué)位；2003-2008年畢業(yè)于中科院上海生命科學(xué)研究院，獲博士學(xué)位（導(dǎo)師：何祖華研究員）；2008-2012年在英國John Innes Centre從事博士后研究；2013年至今，任中科院上海植物生理生態(tài)研究所研究員，植物分子遺傳國家重點實驗室研究員，國際非豆科植物生物共生固氮研究聯(lián)盟成員。主要從事植物-微生物共生和相關(guān)激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究，在植物-微生物共生研究方面取得了一系列突破。近年來以第一作者或通訊作者身份在包括Science、Nature Genetics、Current biology、The Plant Cell、Cell Research、Molecular Plant等國際主流學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表多篇研究性論文，對相關(guān)領(lǐng)域有廣泛的影響。
