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科研进展

昆明植物所提出非宿主植物参与菌根网络新观点

文章来源:中国西南野生生物种质资源库  |  发布时间:2021-07-16  |  作者:汪延良  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  90%以上陆生植物可与真菌形成菌根(Mycorrhiza),在农林生态系统中常见的类型是丛枝菌根(Arbuscular MycorrhizaAM)和外生菌根(EctomycorrhizaEM)植物与AM或者EM二者互惠共生,其中植物为真菌提供所需碳水化合物,真菌则协助植物获取更多的养分和水分并增强其抗逆性。自然条件下,一种植物可与多种真菌共生,一种真菌也可有多种宿主植物,当多种植物根系通过地下菌根菌丝相连后,就形成了菌根网络。通过菌根网络,不同植物之间可以进行水分、养分转运以及病虫害信号传导和预警,从而促进植物适应复杂环境并塑造特定的植物群落。然而,仍有约10%的植物非菌根植物,如山龙眼科Proteaceae、藜科Chenopodiaceae、十字花科Brassicaceae大部分种类、豆科Fabaceae和仙人掌科Cactaceae小部分种类。非菌根植物以及与某一特定真菌无法形成菌根的植物都是该真菌的非宿主植物。长期以来的研究认为非宿主植物是不参与菌根网络的,菌根网络的存在也使得菌根植物比非菌根植物具有更强的竞争力和环境适应能力。 

  20世纪80年代人们发现一些块菌尤其是黑孢块菌Tuber melanosporum和夏块菌T. aestivum等的菌塘内,非宿主植物(尤其是杂草)稀少并且生长受到明显抑制,导致宿主周围形成一个明显的、像火烧过一样的,并称之为“火烧圈”,但对火烧圈形成机制知之甚少,非宿主植物是否参与菌根网络以及菌根介导的宿主与非宿主植物互作研究也十分有限。 

  

非宿主植物连接到地下菌根网络的模式图及其潜在生态功能。 

  中国科学院昆明植物研究所“真菌与菌根” 研究团队以“菌塘”现象为切入点,结合已有研究报道和前期积累发现: 

  (1)很多AMEM菌丝在宿主存在的前提下可以侵染非宿主植物根系,但不形成特征性菌根结构; 

  (2)宿主植物菌根真菌非宿主植物形成的三方体系对非宿主植物生长和营养吸收有显著抑制作用;而有趣的是,非宿主植物的存在可以显著提高黑孢块菌冬青栎菌根苗根际块菌菌丝量并促进冬青栎的氮吸收; 

  (3)AM-拟南芥为模型研究发现菌根菌丝侵染非宿主植物根系诱导了早期的真菌-宿主识别信号机制,但后期启动防御机制,不同于致病菌和植物内生真菌侵染植物的过程,也不同于菌丝侵染宿主植物的分子应答机制; 

  (4)菌根菌丝侵染非宿主植物根系可以增强非宿主植物系统免疫。 

  基于以上事实,研究团队提出非宿主植物也能够参与菌根网络调控的观点,并列出了该研究方向上一些亟待回答的科学问题。文章以Non-host plants: Are they mycorrhizal networks players?”为题发表在Plant Diversity上,中科院昆明植物研究所副研究员汪延良为文章第一作者,于富强正高级工程师为通讯作者。本研究得到中科院昆明植物研究引进优秀人才项目和国家自然科学基金青年项目(31901204)支持。 

  文章链接 

  

宿主-菌根真菌-非宿主植物三方体系对植物生长发育的影响及潜在机制 

(责任编辑:李雪)

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原本山川 极名草木