共生真菌和致病真菌可能使用类似的分子工具来操纵植物

　　与植物相互作用的共生真菌和致病真菌是远亲，了解共生体和病原体使用的效应物的相似性和多样性对于理解植物与微生物相互作用的基本原理至关重要。比较植物病原真菌和植物共生真菌，剑桥大学)的科学家们发现，这些远亲正在使用一组相似的蛋白质来操纵和生活在植物体内。

　　

植物与微生物相互作用的基本原理 植物与病原真菌的关系已经被很好地研究，在感染过程中，病原真菌通过分泌一系列效应蛋白来抑制植物宿主的免疫力，许多效应蛋白已经被发现。 了解共生体和病原体使用的效应物的相似性和多样性对于理解植物与微生物相互作用的基本原理至关重要。然而，人们对植物与共生体的相互作用知之甚少，比如植物与AM真菌之间的相互作用。宿主植物控制着有益共生真菌的定殖的所有阶段——例如，在磷酸盐等营养物质供应充足的土壤环境中，它们认为真菌定殖没有必要，可以拒绝或驱逐共生真菌。然而，AM真菌依赖于植物产生的营养物质，因此也有自己的生存策略，特别是在植物不需要这种关系的情况下。尽管共生真菌对植物有益，但它们也必须与植物沟通或克服障碍才能成功地在植物细胞中定植。共生AM真菌分泌的效应蛋白只有少数被发现。Schornack团队正在努力发现在植物-共生关系中起作用的其他效应物。

 

植物与真菌的关系对自然生态系统和农业中的植物健康有着巨大的影响——既有积极的影响，也有消极的影响。AM真菌是植物与微生物最常见的共生关系，在植物根部定植，促进营养吸收，促进植物生长，甚至帮助抵御病原体。而致病真菌，如尖孢镰刀菌菌株，是世界上最具破坏性的病原体之一，宿主范围广泛，目前正威胁着卡文迪什香蕉和油棕种植园的灭绝。镰刀菌还把它的名字借给了研究小组发现的一组蛋白质：镰刀菌番茄双结构域蛋白(fold)。与植物相互作用的共生真菌和致病真菌是远亲，但没有很多基因相似之处。剑桥大学塞恩斯伯里实验室(SLCU)的科学家们通过比较植物病原真菌和植物共生真菌发现，这些远亲使用一组相似的蛋白质来操纵和生活在植物体内。

Sebastian Schornack的研究小组正致力于鉴定和表征新的丛枝菌根(AM)效应物——由共生AM真菌分泌的蛋白质，以促进植物根系的定植。作为这项研究的一部分，他们还在调查病原真菌和共生真菌是否使用相似或不同的策略。利用预测蛋白质结构的AlphaFold2人工智能计算机程序，该团队首次比较了共生真菌和致病真菌的分泌蛋白质。他们发现，共生真菌编码的蛋白质家族与致病真菌用来与植物相互作用并定植植物的蛋白质家族相同。研究结果发表在今天的《新植物学家》杂志上。

该研究的第一作者Albin Teulet博士说:“在密切相关的微生物中，效应蛋白的遗传密码存在巨大的多样性，因此比较病原体和关系较远的共生体之间的蛋白质序列更加困难。”“我们利用最近开发的AlphaFold2来比较共生真菌和致病真菌分泌的蛋白质结构。这导致我们发现，在共生真菌的基因组中编码有一组结构非常相似的蛋白质，这些蛋白质以前从病原体中已知，而且数量更多。”

研究人员对共生AM真菌Rhizophagus irregularis分泌的所有蛋白质进行了分类，并鉴定出一个与尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)病原菌产生的FOLD蛋白具有高度结构相似性的FOLD样效应物(MycFOLDs)大家族。FOLD效应物仅在与活植物形成关联的真菌基因组中发现。这表明，这些蛋白质支撑着病原体和共生真菌在植物体内生存的普遍机制。

Schornack博士说，发现植物共生真菌和致病真菌使用了一些相同的工具，这为我们对真菌共生体的理解提供了一个新的视角:“FOLD/ mycfold在不相关的植物定殖真菌中明显独特的存在，支持了FOLD蛋白在共生真菌和致病真菌的植物定殖过程中发挥效应的假设。”

“如果共生真菌和致病真菌使用相同的工具，这意味着设计增强作物中AM关系的方法可能同时使作物更容易受到病原体的影响。然而，这些发现现在为我们探索开辟了新的问题，例如为什么共生真菌具有病原体也具有的这些蛋白质，以及它们实际上有什么作用?”