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揭秘自然界“共享经济” 上海科学家:原来真菌爱“揩“植物的“油”


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图说:植物与真菌建立共生

  新民晚报讯(记者 董纯蕾)人类社会如今方兴未艾的“共享经济”,在自然界其实早已有之。地球上最广泛的营养“共享联盟”,是植物与菌根真菌建立的共生——植物将光合作用合成的碳给予共生真菌,真菌还之以氮磷等植物生长必不可少的营养。一百多年来科学界始终认为,双方营养共享的“基础粮仓”是葡萄糖。但其实,这是一个大误会!

  经过多年钻研,中国科学院上海植物生理生态研究所王二涛研究组发现了这一被误会了百余年的“核心共享机密”:原来,菌根不喜“甜食”,而喜欢“揩油”“吃肥肉”——也就是说,菌根共生中真正的“基础粮仓”不是葡萄糖,而是脂肪酸。王二涛研究组首次揭示了在菌根真菌与植物的共生过程中,脂肪酸是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式。这一基础研究成果,对于理解生态系统的碳氮循环意义不凡,而且在绿色农业的稳产高产方面有望“大展宏图”:厘清了主要的“共享关系”,找对了“基础粮仓”,才能对症下药,提高共生效率,减少化肥和农药的使用量。

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图说:一幅漫画帮你看懂植物与微生物的“共享经济”

  王二涛研究员告诉记者,地球上80%-90%的植物都会建立菌根共生联盟,互惠互利,这是自然界最为广泛的共生形式,也是自然界主要的碳循环之一。植物可通过该共生联盟,从土壤中高效地获得磷和氮等营养;同时,植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。整个自然界生态系统20%的碳源便是通过这种形式固定于土壤的,每年大约有50亿吨的光合作用产物通过菌根真菌被固定在土壤中,这对整个生态系统的碳氮平衡具有重要的作用。“如果没有这种共生,地球就不会是今天的模样。”王二涛如是说。

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图说:脂肪酸才是这场“跨界“的“共享经济”之本

  自从1885年植物与菌根真菌的共生关系被发现以来,传统理论总认为糖是植物为菌根真菌提供碳源营养的主要形式。然而,植物转运葡萄糖的“交通工具”始终未被发现。王二涛研究员的心里对此一直有个不确定的问号,在其他实验中也发现了一些蛛丝马迹,可以支持他对传统学说的怀疑和猜测。四年前,王二涛正式开始“专攻”这一基础科学问题。通过稳定同位素标定实验,研究团队首次否定了糖是植物传递给菌根真菌主要碳源形式。同时,采用遗传学、分子生物学及代谢生物学等多种研究手段,王二涛研究组终于确定:脂肪酸才是植物传递给菌根真菌的主要碳源。研究人员找到了负责运输脂肪酸的转运蛋白,有力地推翻了传统认识。

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图说:植物抗病育种的新思路

  研究人员还发现,“油腻”的脂肪酸不仅是共生菌根的“口味”,侵害植物的病原真菌也“好这口”。在患有白粉病的模式植物实验研究中证实:病原真菌和寄主植物争夺“口粮”——脂肪酸,进而侵染植物,造成植物生长受阻。减少植物与病原真菌之间的脂肪酸运输量,能够有效抑制病原真菌的致病性,这一机理发现对将来选育抗真菌病害作物而言无疑是个好消息。

  北京时间今天(6月8日),国际顶级学术期刊《科学》(Science)在线发表了这一最新研究成果。(图片来源:中科院上海植生生态所)


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