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(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。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(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(yùn)蛋白。

在這項(xiàng)研究中，王二濤團(tuán)隊(duì)通過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奪脂肪酸作為其生長的碳源，進(jìn)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(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(rèn)可，畢竟“糖”理論已經(jīng)寫進(jìn)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(shí)現(xiàn)了他當(dāng)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(dāng)你有了好的想法一時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的時(shí)候千萬不要放棄，等哪天有條件說不定就真的可以實(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曉、謝秋瑾等在王二濤研究員指導(dǎo)下完成。科技部青年973、國家轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專項(xiàng)、國家自然科學(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.

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(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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(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。

葉綠體收集陽光并將其轉(zhuǎn)化為植物的化學(xué)能，光照一開始被類囊體吸收，類囊體疊在一起形成不同大小的基粒。在馬來西亞茂密熱帶雨林中發(fā)現(xiàn)的孔雀秋海棠（Begonia pavonina）擁有斑斕的藍(lán)色葉子，因?yàn)樗谋韺泳哂胁煌瑢こ５娜~綠體——虹光質(zhì)體。

英國布里斯托大學(xué)Heather Whitney及同事使用光鏡和電鏡研究孔雀秋海棠的虹光質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)葉綠體不同：它非常規(guī)則。虹光質(zhì)體包含規(guī)則分布的3～4個(gè)類囊體形成的基粒，這些基粒像一個(gè)光學(xué)晶體，強(qiáng)烈反射430~560納米波長的光，導(dǎo)致葉子呈藍(lán)暈色。在馬來西亞雨林中，能夠抵達(dá)植物葉子的少量光主要是光譜中的紅綠光譜的末端。

研究人員表示，虹光質(zhì)體將這些特定波段集中到植物的光合器官上，使植物的光合作用效率提高5%～10%。

作者總結(jié)到，雖然一般認(rèn)為葉綠體僅是將光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的結(jié)構(gòu)，但是也應(yīng)將它們視為控制光傳播和光捕獲的結(jié)構(gòu)。