Science | 植物与真菌的海誓山盟！研究揭示脂质交换驱动植物陆地化过程中的共生进化！

大约4.5亿年前，第一批植物离开了水环境而定殖在陆地上（Cell | 植物是如何征服陆地的？）。为此，它们必须适应土地的干旱。在20世纪80年代，化石研究提出了这样一个假说，即植物-真菌共生可能是植物植被的起源。这刚刚得到法国科学家领导的国际研究团队的证实（Science | 重磅！植物和微生物的新途径：与共生微生物和病原微生物的相互作用驱动植物进化！）。

法国国家科学研究院（CNRS）/图卢兹大学Pierre-Marc Delaux教授团队和德国科隆大学等多个国际研究单位的科研人员合作，证明这种以植物为基础的陆地定殖是通过植物-真菌伙伴关系实现的。通过检验这个已有40年历史的假说，我们可以了解地球上生命发展的基本阶段。2021年5月21日，最新相关的研究成果发表在国际顶级学术期刊Science，题为Lipid exchanges drove the evolution of mutualism during plant terrestrialization的研究论文。

为了了解植物过去的生命史，研究人员必须研究现在的植物。它们分为两大类之：具有茎和根的维管植物和非维管植物，例如苔藓。大多数植物与真菌共生，两种生物以互利的方式交换资源。先前的研究表明，存在这种共生正常运行必不可少的基因，尤其是在维管植物中。本研究，科研人员专注于类似多肉植物的苔藓植物（见图1），但尚未对此类基因进行研究：苔类植物。

图1：维管植物和非维管植物与真菌共存

通过研究粗裂地錢(Marchantia paleacea)，他们能够证明植物与真菌之间的脂质转移类似于在维管植物中观察到的脂质转移。通过CRISPR的使用，他们能够修饰被预测为“共生”的基因。与维管植物一样，破坏植物与真菌之间的脂质交换会导致苔藓植物共生受损。因此，与现在的植物类似，在干旱土地上定殖的这两种植物的共同祖先必须交换真菌和脂质。因此，4.5亿年后，陆上生命的第一步秘密之一终于被揭示出来。

与菌根真菌（AMF）的共生改善了大多数陆地植物的植物营养，并且它对植物在陆地上的定殖贡献已被假设（Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！）。在这篇文章中，科研人员确定了陆地植物对AMF的一个保守的转录响应，包括激活脂质代谢。利用功能增益，科研人员显示了脂质从M. paleacea转移到AMF，并由转录因子WRINKLED（WRI）直接调节。丛枝，即营养交换结构，在M. paleacea的功能缺失的wri突变体中没有形成，导致互助关系的中止。科研人员的研究结果表明，陆生植物之间的脂类共生转移是直系同源的，并证明在4.5亿年前陆生植物的最新祖先中就有与AMF的互作。

图2：陆地植物对丛枝菌根真菌的保守转录响应

图3：WRI诱导的脂质共生转移在陆地植物中是保守的

图4：WRI对于M. paleacea的丛枝菌根共生是必要的

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