离让广大植物建立自己的“化肥厂”又近了一步？植物对“敌友”的秘密的准确辨别
“植物的大脑在根部。” 中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、中国科学院教授韩斌于1月22日上午表示。
干旱、贫乏、微生物多——这是第一种从水生环境首次登陆的植物所面临的“困境”。：根部所在的土壤中不仅含有土壤、水分气体，还含有大量的细菌、真菌等微生物。
所以，植物的根是怎样辨别“敌友”，抑制有害细菌，征收“益生菌”的？
一月二十四日凌晨，国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）上海科学家的最新研究成果在网上公布，揭示了植物根系精确识别共生微生物和微生物的分子机制，继续推进植物-微生物互作领域的研究。
王二涛研究员，中国科学院分子植物科学卓越创新中心，是相关论文的通讯作者。王二涛研究小组的博士生谭新行和已经出站的博士后王大鹏是共同的第一作者。
一对蛋白质创造了一双“慧眼”
根瘤菌与豆类植物共生，其根部形成的根瘤，就像一个小型化肥厂，为大豆等豆类植物提供营养，是微生物与植物互利工程的典型案例。
但是土壤中并非只有根瘤菌。
在1克土壤中，有上亿种微生物。 1月22日上午，王二涛的研究人员表示，其中一些是能与植物根部共生的有益“益生菌”，就像人体的肠道菌群一样，可以促进健康和生长。其中一些是对植物构成威胁的微生物。“1845-1850年，爱尔兰种植的土豆爆发了一种疾病——土豆晚疫，导致饥荒。”
与“益生菌”互利共生是许多植物的生存策略，尤其是在贫瘠的土地上。对于玉米、大豆等作物来说，能否招募“益生菌”并很好地共生，不仅是高大、强壮、瘦弱、矮小的区别，更是生与死的区别。
在实验室培养皿里长大的粗地钱。报纸 吴跃伟 图
研究表明，早期陆生植物-粗裂地钱。细胞膜上有一双这样的“慧眼”。它们由成双LysM类受体激酶-MpaLYR和MpaCERK1组成。前一种是从微生物中识别土壤中的信号分子，然后与后一种形成蛋白质复合体，从而激活下游两种不同的信号通道：免疫抵抗病源，或者建立联盟，合作共生。
比如短链几丁质壳聚糖CO4/5是共生微生物的分子标志，长链几丁质壳聚糖CO7/8是病原菌的分子标志。这些不同的壳聚糖分子，就像化学信号一样，可以让“眼睛”做出不同的反应，然后激活不同的下游通道。
在此之前，世界上没有人知道植物识别、区分共生和微生物的机制，谭新行博士告诉澎湃科技。
王二涛的研究人员表示，他们的实验室花了12年时间才找到上面提到的第一个识别微生物的植物细胞基因，并像拼图一样一步步解开其识别系统的答案。目前，世界上数十个实验室都专注于这一研究领域。
植物释放荷尔蒙，征集“益生菌”建设“化肥厂”
最近发布的这项研究，选择粗裂地钱进行研究，也是非常巧妙的设计。
实验中，粗裂地钱的根卷曲着，生长在白色无菌培养液中，然后加入特定的微生物，再进行检查。
王二涛研究员，中国科学院分子植物科学卓越创新中心。
王二涛的研究人员说，粗裂地钱是生物进化中植物从水生环境登陆陆地的第一种植物。它的基因组结构紧凑，LysM受体少，能与真菌共生，成为理想的研究对象。然而，高等植物中有大量的LysM受体激酶，如被子植物，这些受体之间的生物功能是多余的，这给研究植物如何准确区分共生或微生物的机制带来了许多挑战。
现在，在粗裂地钱中发现，可以指导高等植物的研究和应用，如被子植物。
更重要的是，研究人员还发现，在土壤肥力低的情况下，比如低磷环境下，粗糙的植物金钱会主动释放一种化学物质来“征集”有益的共生微生物。这叫独脚金内酯（strigolactones）目前已经发现了数百种激素。这类激素能刺激菌根真菌，分泌大量的短链几丁质壳聚糖CO4/5共生分子标志物。在被粗裂地钱细胞表面的“慧眼”识别后，这些CO4/5分子激起共生反应，抑制免疫反应，通过菌根共生促进植物的营养摄入，保证微生物的免疫抵抗，从而保持共生和免疫的稳定平衡。
研究人员认为，这项研究加深了人们对植物-微生物互作系统的理解，揭示了如何通过LysM受体的功能优化，为植物早期适应干旱、贫困和充满微生物挑战的陆地环境奠定了基础。
但是在农业生产中，通过增强植物与菌根真菌的相互作用，让植物建立自己的“化肥厂”，特别是在低肥效土壤类型下，可以显著提高作物对土壤养分的吸收能力。此外，加强植物与菌根真菌的互动，有望促进生态农业的发展，实现生态农业与粮食安全的双赢。
王二涛的研究人员告诉本报科技，在研究了大豆等豆类植物与根瘤菌的互利共生机制后，预计未来将促进麦子、玉米等非豆类植物与土壤微生物的共生，使作物更加健康，提高农业生产效益。
据王二涛研究员介绍，江西农业科学院黄仁良研究员培养“赣菌稻1号”是一种新型水稻产品。其中OsCERK1DY等待变异，可少施化肥，达到减碳增效的效果。
上述最新研究获得了国家自然科学基金、新基石研究员项目、中国科学院B类先导项目和腾讯科学探索奖的资助。
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