【Nat Communi】植物与丛枝菌根真菌的脂壳寡糖(LCO)识别协同调控，促进植物养分利用

植物的生长和发育很大程度上依赖于矿物质养分的吸收，氮 (N) 和磷 (P) 是植物生产力的主要限制因素。这些营养物质作为无机肥料在农业中广泛应用，以使作物产量最大化。化肥过度使用会污染陆地和水生环境，严重影响生物多样性，并导致相当大比例的农业温室气体排放。

据估计，大多数陆地植物都与有益的丛枝菌根真菌 (AMF) 相结合，植物通过这些真菌从土壤中捕获矿物质养分和水分。在这种结合过程中，真菌在识别促进真菌生长和产生真菌信号的独脚金内酯、短链壳寡糖 (CO) 和脂壳寡糖 (LCO)后与植物根部接触。在豆科植物中，对COs和LCOs的识别激活了植物根部表皮细胞的共生信号传导，从而促进了适应AMF的必要过程。相比之下，关于水稻的报道表明，人们对建立AMF关联的认识主要是对Cos的识别，而对LCOs的研究非常有限。

2022年10月28日，Nature communications在线发表了一篇题为“Nutrient regulation of lipochitooligosaccharide recognition in plants via NSP1 and NSP2”的研究论文。作者研究发现LCO 的产生和感知受到营养缺乏的协调调节，以促进与菌根真菌的接触。这项工作对利用菌根和根瘤菌联合提高谷物的可持续生产力具有重要意义。

许多植物通过与丛枝菌根真菌结合以获取营养，真菌产生广泛分枝的丛枝侵入，被植物膜包围，为养分交换创造了一个大的表面界面。与此同时，周围土壤中广泛的真菌定植提供了比植物根系更大的获取矿质养分的途径。真菌捕获的氮和磷源被交换为光合作用产生的碳，这是AMF能获得的唯一碳源。

固氮进化枝内的植物物种通过增加与固氮细菌的相互作用增强了它们的共生关系，使植物可以通过转化为铵来获得无限供应的大气氮。这种关联的进化招募了与 AMF 关联相关的既存过程，包括共生信号通路。在 AMF 宿主物种中，LCOs 和/或 COs 的检测导致共同共生信号通路的激活，这对适应真菌共生至关重要，而在豆科植物中，同样的信号通路驱动了与固氮菌相互作用的建立，导致结节的产生。因此，在谷物中操纵这些已存在的机制可能使固氮共生工程成为可能。

维持AMF和根瘤菌的共生体对植物来说是昂贵的，因为要从光合作用中提供碳源，因此共生体受到养分有效性的严格控制，特别是根瘤调控中的N可用性和AMF共生体调控中的P可用性。当这些营养物质过少而不能通过根的直接捕获来满足时，植物会优先进入这些关联。前人研究发现，在营养充足的条件下，共生关系会受到强烈抑制。在结瘤的情况下，作为N饥饿信号的CEP -多肽促进miR2111的产生，miR2111抑制了根部结瘤的负调控因子。AMF共生的p调控部分由转录因子PHR2控制，PHR2控制p饥饿反应的许多方面，以及调控独角金内酯生产的NSP1和NSP2。PHR2已被证明可直接调控许多与分枝杆菌功能相关的基因，特别是植物与真菌之间的营养交换，还可控制与CO和LCO感知相关的基因的表达和共生信号通路，涉及根表面AMF真菌的早期识别，以及调节根皮层中的分枝杆菌功能。作者通过NSP1和NSP2的作用，解析了植物中LCO的识别与AMF产生LCO的协同调控机制。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33908-3

转自：“iPlants”微信公众号

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