科學家揭示植物精準識別“敵友”機制

中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員王二濤團隊在植物區分共生與病原微生物的分子機制研究中取得新進展，建立了植物特異識別共生與病原微生物的分子信號框架。1月24日，相關研究發表于《細胞》。

植物的根系土壤中棲息著種類繁多的微生物，它們既包括能與植物建立互利共生關系的共生微生物，也包括能侵染植物、掠奪其營養的病原微生物。植物如何精準區分共生與病原微生物，已成為植物-微生物科學與作物科學領域的核心科學問題之一。解答這一問題將為深入研究作物病害防控與養分高效利用提供關鍵支撐，助力國家糧食安全保障。

研究團隊發現，早期陸生植物粗裂地錢中的一對LysM類受體激酶，即MpaLYR和MpaCERK1，能夠精準區分共生與病原微生物，并激活下游不同信號通路。其中，MpaLYR負責識別微生物來源的信號分子，既能結合共生微生物的分子標志物短鏈幾丁質殼聚糖CO4/5，也能結合外源真菌產生的病原分子標志物長鏈幾丁質殼聚糖CO7/8，并通過與MpaCERK1形成蛋白復合體，激活相應的共生或免疫下游信號途徑。

進一步研究發現，在低磷條件下，植物會釋放一種名為獨腳金內酯的激素。這種激素能夠刺激菌根真菌特異分泌大量的共生分子標志物短鏈幾丁質殼聚糖CO4/5。而這些分子可以通過MpaLYR的識別激發共生反應，并同時抑制由外源真菌入侵帶來的長鏈幾丁質殼聚糖CO7而引發的免疫反應，從而維持共生與免疫的動態平衡。

系列研究結果表明，MpaLYR-MpaCERK1通過識別不同長度的幾丁質殼聚糖（CO4/5或CO7/8）區分共生和病原微生物，使植物在面對不同陸地環境時既能夠通過菌根共生進行營養攝取，又保證對病原微生物的免疫抵抗。

王二濤表示，研究為農業生產提供了重要啟示。從提高作物養分利用效率的角度而言，通過增強植物與菌根真菌的互作，可顯著提高作物對土壤養分的吸收能力，尤其在低肥力土壤條件下表現尤為突出。從推動生態農業發展角度來說，菌根共生為構建低投入、高產出的農業體系提供了強有力的科學依據，有助于實現生態農業與糧食安全的雙贏。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.12.024