在自然界，一些真菌靠寄生在植物身上來獲取營養(yǎng)，求得溫飽。它們之間可能是互利共生的，也可能相愛相殺，如病原真菌的寄生。它們像是人體內(nèi)的腸道菌群，只不過不是細(xì)菌，而是真菌。

長期以來，人們一直以為，糖，尤其是葡萄糖，是植物供給這些真菌的主要營養(yǎng)物質(zhì)。這已經(jīng)被寫進(jìn)了教科書。

但教科書將被改寫。最新發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）的一項研究成果顛覆了人們的這一認(rèn)知。研究人員證明植物提供給真菌的主要的含碳營養(yǎng)物質(zhì)是脂肪酸，而非糖。

真菌更喜歡“揩油”

6月8日下午，標(biāo)題為《植物轉(zhuǎn)運脂質(zhì)給真菌以維持共生或病原真菌的寄生》（Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi）的研究論文在線發(fā)表在《科學(xué)》上。研究人員提出證據(jù)，證明植物提供給真菌的主要的含碳營養(yǎng)物質(zhì)是脂肪酸，而非糖。

該研究主要由姜伊娜博士后和博士研究生王萬曉、謝秋瑾等人，在中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所研究員王二濤指導(dǎo)下完成。

王二濤研究員形象地描述這一過程為，真菌更喜歡“揩油”，而非吃糖。他認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒏淖內(nèi)藗冴P(guān)于植物真菌病害的應(yīng)對之道，有望應(yīng)用于綠色農(nóng)業(yè)，減少農(nóng)藥的使用。菌根共生的應(yīng)用有助于改善生態(tài)，也有助于培育、篩選新的作物品種，以提高有益真菌的共生。

幾乎同一時間，《科學(xué)》期刊“背靠背”在線發(fā)表了另一篇類似的研究論文，英國一家實驗室用不同研究手段，證明了同一結(jié)論。但其論文被接受的時間比王二濤的晚了大約一周。

王二濤表示，這是目前為止他投稿最順利的一篇研究論文，投稿到《科學(xué)》期刊大約兩個多月后即被接受。

共生VS寄生

8日下午，王二濤研究員告訴澎湃新聞（www.kxwhcb.com），調(diào)查顯示，超過80%的植物根部都共生有真菌，比如，水稻、玉米、小麥等作物。這些真菌被稱為菌根真菌。植物每年把大約50億噸光合作用后代謝的產(chǎn)物傳遞給菌根真菌，供其生長，并留存在土壤中。而菌根真菌回饋給植物氮、磷等物質(zhì)，維持著整個生態(tài)系統(tǒng)的碳氮平衡。

王二濤說，土壤也是一個生態(tài)系統(tǒng)，菌根真菌產(chǎn)生的有機(jī)酸等物質(zhì)，使土壤不板結(jié)。當(dāng)它們存在時，植物的茁壯程度更勝一籌。此外，有觀點認(rèn)為，在漫長的進(jìn)化歷史中，真菌在植物從水生到陸生這一演化過程中發(fā)揮了重要作用。

但也有一些有害真菌可以侵襲植物，造成病害，比如小麥白粉病、水稻稻瘟病、玉米瘤黑粉病等真菌病害。

真菌到底從植物身上汲取了什么營養(yǎng)物質(zhì)，如果調(diào)控這一過程（促進(jìn)或者阻斷），能否有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)？

王二濤帶領(lǐng)的研究人員利用穩(wěn)定同位素標(biāo)定、分子生物學(xué)等手段，通過對有益的菌根真菌，以及有害的白粉菌的研究，解答了上述謎題。

最直接的證據(jù)

最直接的證據(jù)來自穩(wěn)定同位素標(biāo)定實驗。

姜伊娜告訴澎湃新聞，他們以胡蘿卜的根部和叢枝菌根真菌（Rhizophagus irregularis）為研究體系，一半寄生，一半不寄生。

叢枝菌根真菌是有益真菌的一種，它可以寄生在胡蘿卜等植物的根部，在從植物獲取營養(yǎng)的同時，也回饋給植物氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。

他們在實驗體系中加入了用同位素C（13）標(biāo)定過的甘油（一種脂肪酸），最終檢測叢枝菌根真菌中的同位素成分。研究人員發(fā)現(xiàn)，在該實驗體系的叢枝菌根真菌細(xì)胞中，也發(fā)現(xiàn)了C（13）標(biāo)記的葡萄糖，但該真菌細(xì)胞中儲存了更大量的脂肪酸。

通過對上述實驗體系的研究，姜伊娜等人首次否定了糖是植物傳遞給菌根真菌主要碳源。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，植物傳遞給真菌的是脂肪酸。

人們常說的脂肪，其化學(xué)本質(zhì)即脂肪酸。它有長長的由碳、氫元素組成的分子鏈，能量密度遠(yuǎn)高于糖類物質(zhì)。

而且植物傳遞給真菌的是一種特殊的脂肪酸——單?；视停?-MAG）。

王二濤解釋說，只有當(dāng)真菌寄生到植物根部時，在二者接觸的界面上，植物細(xì)胞中合成2-MAG的整個代謝通路被極度活化，相關(guān)基因表達(dá)被上調(diào)了上千倍，2-MAG被大量合成，并傳遞給真菌。這樣的生理活動非同尋常，因為在其他植物細(xì)胞中，單?；视秃铣闪糠浅Ｉ佟?/p>

更重要的是，姜伊娜等人找到了植物細(xì)胞轉(zhuǎn)運單?；视偷牡鞍住猄TR和STR2的蛋白二聚體。轉(zhuǎn)運過程需要ATP的參與。通過基因突變方法，使該轉(zhuǎn)運蛋白復(fù)合體失活時，叢枝菌根真菌在植物根部的寄生情況大為減少。

姜伊娜表示，此前，人們認(rèn)為糖是植物給真菌的主要碳基營養(yǎng)物質(zhì)時，也一直想要找到其轉(zhuǎn)運蛋白，但都以失敗告終。即使在植物的基因組中篩選這一蛋白的基因，也沒有成功。但發(fā)現(xiàn)是脂肪酸時，這一問題卻迎刃而解。

很多謎團(tuán)待解，可望應(yīng)用于綠色農(nóng)業(yè)

王二濤表示，這一研究成果還可能應(yīng)用在對抗病原真菌或真菌病害上。

研究人員使用模式植物擬南芥測試了白粉菌。通過遺傳學(xué)手段，當(dāng)抑制擬南芥合成脂肪酸的代謝途徑，白粉菌對擬南芥的侵襲程度明顯減輕。如果能夠?qū)ふ业礁珳?zhǔn)地瞄準(zhǔn)脂肪酸轉(zhuǎn)運過程的抑制劑，或許可以更快應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

謎團(tuán)還有很多，比如，不同的病原真菌侵襲植物時，是否需要不同的轉(zhuǎn)運蛋白，這能否成為有效消除真菌病害的手段？

此外，在菌根真菌與植物根部接觸的界面上，是不是不只植物細(xì)胞需要有轉(zhuǎn)運蛋白，菌根真菌的細(xì)胞在接受植物傳遞的單?；视蜁r，是否也需要特定的蛋白？在植物根部土壤中加入適量的單酰基甘油，是否能促進(jìn)菌根真菌的寄生？還有哪些手段可以促進(jìn)菌根真菌的共生？

研究人員認(rèn)為，他們開辟了一個新的研究領(lǐng)域。

但王二濤強(qiáng)調(diào)，這一研究成果是針對真菌，而非大豆根部共生的根瘤菌等細(xì)菌，根瘤菌從植物獲取到的是氨基酸，植物的其他寄生細(xì)菌獲取的是糖。