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(guò)與菌根真菌共生高效率的從土壤中獲得磷和氮等營(yíng)養(yǎng)；同時(shí)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(zhǎng)。傳統(tǒng)理論認(rèn)為糖是植物為菌根真菌提供碳源營(yíng)養(yǎng)的主要形式，然而6月8日，來(lái)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(rèn)識(shí)，首次揭示了在叢枝菌根真菌與植物的共生過(guò)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(yíng)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(shí)間還發(fā)表了來(lái)自英國(guó)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(jìn)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(guó)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(guò)與菌根真菌共生高效率的從土壤中獲得磷和氮等營(yíng)養(yǎng)；同時(shí)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(zhǎng)。每年大約有50億噸的光合作用產(chǎn)物通過(guò)菌根真菌被固定在土壤中，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的碳氮平衡具有重要的作用。傳統(tǒng)理論認(rèn)為糖是植物為菌根真菌提供碳源營(yíng)養(yǎng)的主要形式【1-3】，然而多年來(lái)的研究人員一直沒(méi)有找到相關(guān)的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。
在這項(xiàng)研究中，王二濤團(tuán)隊(duì)通過(guò)C13同位素標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)體系中用C13同位素標(biāo)同時(shí)標(biāo)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(cè)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(shí)，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(duì)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(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)植物基因合成的一類(lèi)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(yùn)蛋白STR-STR2（一類(lèi)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）轉(zhuǎn)運(yùn)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(rèn)識(shí)，對(duì)于理解生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)具有重要的意義。
同時(shí)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(zhēng)奪脂肪酸作為其生長(zhǎng)的碳源，進(jìn)而侵染植物，造成作物的減產(chǎn)。通過(guò)降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)，能夠有效的抑制病原真菌的致病性。該機(jī)理的揭示有助于將來(lái)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(bào)道，其實(shí)早在2010年，還在英國(guó)從事博士后研究時(shí)的王二濤博士在克隆一些共生植物基因時(shí)，就發(fā)現(xiàn)“糖”理論無(wú)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(yíng)養(yǎng)的主要形式，但是卻并未獲得該領(lǐng)域研究人員的認(rèn)可，畢竟“糖”理論已經(jīng)寫(xiě)進(jìn)了教科書(shū)。一直到2013年，王二濤學(xué)成回國(guó)組建了自己的研究組，他依然沒(méi)有放棄這一想法。特別令人欽佩的是，王二濤在回國(guó)后的短短幾年里帶領(lǐng)課題組的成員就實(shí)現(xiàn)了他當(dāng)初的想法，而且該成果投稿過(guò)程出奇的順利，這無(wú)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(dāng)你有了好的想法一時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的時(shí)候千萬(wàn)不要放棄，等哪天有條件說(shuō)不定就真的可以實(shí)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(wàn)曉、謝秋瑾等在王二濤研究員指導(dǎo)下完成?？萍疾壳嗄?73、國(guó)家轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委等資助。
關(guān)于這項(xiàng)研究工作，論文審稿人給予很高的評(píng)價(jià)，其中一位評(píng)審人認(rèn)為“This is a very interesting paper that provides novel insights into the nutrient relationship between arbusular mycorrhizal fungi and their host plant”。
說(shuō)明：本文報(bào)道的內(nèi)容主要引自中科院植生所官網(wǎng)。
參考文獻(xiàn)：
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.
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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(jì)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(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，國(guó)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(hào)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(lái)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(guó)際主流學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表多篇研究性論文，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域有廣泛的影響。
