近5年80篇高水平文章！Francis Martin院士团队在林木微生物互作领域取得重大进展！

今天为大家介绍来自法国国家农业食品与环境研究所（INRAE）的Francis Martin课题组。Francis M.Martin教授是法国农业科学研究院（INRA）院士，1979年在洛林大学植物生物系获得学士学位，1982年在该大学获得哲学博士学位，1986年在巴黎第十一大学获得科学博士学位。1981年，加入了INRA林业中心，建立了研究小组，研究外生菌根共生的生理学和分子生物学。2001年至2008年，担任树木-微生物相互作用部门负责人。现在是ARBRE卓越实验室的负责人。该实验室的主要研究目标是进一步了解影响森林生态系统中生物之间相互作用的生物学、生态学和进化过程，并开发新的方法来解决与养分循环、碳储存和循环、森林生产力、木材产品、生态系统服务和可持续森林管理有关的关键问题。并且正在实施广泛的学科（从基因组学到功能生态学和经济学）来理解、监测和预测森林生态系统的群落结构、动态和过程。2012年，由于在树木-微生物相互作用和真菌基因组学方面的工作，Martin教授被授予INRA杰出桂冠奖，以表彰其卓越成就。2016年，被大众科学杂志《La Recherche》授予研究奖。2018年以来，被聘为北京林业大学“林木分子设计育种高精尖创新中心”首席科学家。

Martin教授长期从事森林系统中菌根真菌和树木的共生生物学和生态学研究，重点是了解真菌如何通过它们在重要的土壤和生物过程中的作用推动森林生态系统，包括碳和养分周转，以及相互共生。这些研究主要集中在外生菌根真菌上，这些真菌与森林树木的根部形成相互共生的联系，并提供磷和氮以换取糖分。探索这些植物与微生物之间的相互作用，部分是通过鉴定驱动菌根共生发展的通讯基因（如编码效应蛋白的基因）和调节因子。其相关研究成果已发表在Science、Nature、Nature Genetics、Nature Reviews Microbiology、PNAS、Current Biology等杂志上，处于国际领先地位，受到同行广泛好评，连续多年被评为高被引者。同时，Martin教授还担任New Phytologist责任编辑，Fungal Biology Reviews、PLoS Genetics等多个国际著名高水平科学期刊的资深编委工作。其团队是INRA之外的几个国家和国际网络的合作伙伴：美国能源部橡树岭国家实验室"植物-微生物互作"项目和JGI群落测序项目，以及国家研究机构资助的FUNTUNE项目。

Martin的团队现在正在发展共生菌、腐生菌和病原菌的大规模比较基因组学（与美国能源部联合基因组研究所（JGI）合作），以解读共生生活方式和木质纤维素腐解装置的进化。同时，正在领导"菌根基因组学计划"和"1000个真菌基因组"项目，旨在破译驱动真菌进化的机制。其团队还着手开展具有挑战性的大规模宏基因组学和宏转录组学项目，以探索林木与土壤真菌群落的相互作用，影响陆地生态系统的碳固定。经查询该课题组近5年（2015-2020）发表了80篇文章，其中包括Science (2017)、Nature genetics (2015)、Nature Reviews Microbiology (2016)、Nature ecology & evolution (2018)、Nature communications (2016)、Current Opinionin Plant Biology (2015)、The Plant Journal (2018)、5篇New Phytologist、3篇Environmental Microbiology等高水平通讯文章。

Martin的团队对植物-微生物相互作用的生物学有不同的兴趣，统一的主题是外生菌根共生。在寒带和温带森林的土壤上层，上百种外生菌根（ECM）真菌与树木的侧根建立了互惠共生关系，森林土壤中不断有数十亿个ECM根尖被这个真菌群落生成。在过去的180百万年里，ECM共生塑造了森林群落。了解ECM真菌如何实现这种生活方式是其主要研究目标。Martin最初被共生真菌令人难以置信的多样性子实体所吸引，并意识到它们对树木生长和进化的关键作用。其在ECM生理学和分子生物学方面有长期的记录。

下面简要介绍一下其感兴趣的主要课题领域：

1. 外生菌根代谢

早期的研究主要是外生菌根真菌的初级代谢，首次提供了几种ECM模型物种的N、C和P同化途径的路线图。

2. 共生转录组图谱

90年代，Martin把大部分时间投入到共生基因的搜索中。互惠共生ECM共生体的构建依赖于伙伴双方基因网络的协调。虽然对共生体发展和功能耦合的分子机制的理解还需要进一步完善，但在过去的几年里，Martin在这一领域带来了令人兴奋的发现。

3. 菌根真菌的基因组学

Martin实验室目前研究的是森林真菌的基因组组织和进化，主要是形成共生的菌根真菌。其大部分工作集中在基因组学和转录组学上，用于研究外生菌和其他树木相关微生物以及土壤真菌的发育、功能和生态特征。在杨树基因组测序之后，决定对菌根基因组进行研究，并开发工具来确定共生相互作用和生态适应的基础基因。菌根协会为能源部联合基因组研究所(JGI)起草了一份提案，对外生菌根Laccaria bicolor和内生菌根Glomus intraradices基因组进行测序。Martin于2003年10月获得批准，2005年初开始获得数据。2008年，在《自然》杂志上发表了L. bicolor高质量的序列草图分析，为外生菌根共生的遗传学提供了重要的新信息。2010年3月，《自然》杂志发布了另一种外生菌根Tuber melanosporum的基因组。

4. 土壤真菌的比较基因组学

未来研究的一个途径涉及编码共生调控基因的基因家族的进化。例如，菌根形成体和腐生菌是否它们的类效应分泌蛋白和木质纤维素腐解酶有所不同，或者这些基因的进化速度和选择强度在两个群体中是否是可比的。为了达到这个目标，Martin实验室研究外生菌根真菌L. bicolor和T. melanosporum以及丛枝菌根 Rhizophagus inaradices的基因组和转录组。如Kohler等人（2015）和Martin等人（2016）的论文中，描述了外生菌根共生体进化过程中发生的功能增益和损失。目前，85个菌根物种的基因组已经发布，许多物种的基因组已经在JGI菌根门户上公开。

5．森林土壤生态系统的宏转录组学

森林土壤中存在着影响树木健康和生产力的各种微生物群落，它们在陆地碳固存和生物地球化学循环中发挥着关键作用。在这些微生物群落中，真菌无疑是主要角色。传统上，它们被划分为不同的生态群落，如落叶分解者、腐殖质吸收者、白腐和褐腐木材腐解者、寄生者和菌根共生者。然而，各个物种的实际功能特性以及它们之间的协同作用往往是模糊的。此外，绝大多数土壤系统的基本生物多样性仍未利用高通量DNA条形码方法进行探索。

Martin推测，通常被标记为菌根、木材分解者、腐殖质和腐生真菌之间的严格区分，在某些情况下是不必要的，关键的生态系统过程，如碳固定、木材和腐殖质腐解和营养互助，只能在代表一个功能连续体的多个物种之间相互作用的背景下理解。近年来，可用的真菌基因组数量急剧增加，这为研究土壤群落的功能多样性提供了前所未有的机会。

因此，在能源部联合基因组研究所群落测序计划的框架下，Martin的团队开始了一项具有挑战性的大规模宏转录组学项目，以探索森林树木与土壤真菌群落的相互作用，包括对树木生长有显著影响的外生菌根共生体，以及影响森林碳固定的腐生土壤真菌。Martin团队将对地球代表性生态系统的中的土壤真菌的宏转录组进行测序。

这些实验数据集将为了解森林中真菌群落的结构组织和功能提供一个机制性的见解。此外，目前的宏基因组数据将从代谢途径、子系统、分子功能和生物过程等方面全面描述与树木相关的微生物组的组织情况。

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