ISME | 美国博伊斯汤普森植物研究所揭示丛枝菌根真菌操纵细菌群落富集土壤养分！

众所周知，丛枝菌根（AM）真菌与所有陆地植物中70%的根部建立了共生关系（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！Science | Leho Tedersoo教授深度解读菌根共生如何驱动植物群落生态！Nature Communications | 中山大学储诚进团队揭示丛枝菌根真菌影响全球森林生物多样性！ISME | 河南大学研究揭示根系分泌物类黄酮增强了丛枝菌根真菌与入侵植物之间的关联！）。在这种关系中，植物用脂肪酸交换真菌的氮和磷（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！PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！）。然而，AM真菌缺乏从复杂有机分子中释放氮和磷所需的酶。

来自美国博伊斯-汤普森研究所（BTI）的Maria Harrison教授领导的BTI科学家团队，想知道其他土壤微生物是否可以帮助真菌获得这些营养。在研究这种可能性的第一步中，该团队调查了AM真菌是否与一组特定的细菌群落相关联。其最新相关研究成果在国际权威学术期刊The ISME Journal上发表的题为Conserved and reproducible bacterial communities associate with extraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi的研究论文中进行了描述。这篇文章中，科研人员发现了一组独特的细菌，它们可以帮助真菌和植物获得土壤养分。这一发现可以为采用经济高效、环境友好的方法来富集土壤和提高作物产量指明方向，减少农民对传统肥料的依赖。

该团队研究了生活在被称为根外菌丝（ERH）的长丝状结构表面的细菌，这些菌丝延伸到远离其宿主植物的土壤中。在两种真菌的菌丝上，发现了高度相似的细菌群落，其组成与周围土壤中的细菌不同。这表明就像人类的肠道或植物的根部一样，AM真菌的菌丝有它们自己独特的微生物群，科研人员已经在测试这些细菌可能会做什么，比如帮助获取磷酸盐。如果确实如此，那么这些细菌富集的土壤可以提高作物产量，并最终减少对传统肥料的需求及其相关成本和环境影响。

AM真菌向土壤中延伸出长丝状结构，称为ERH。这些比人的头发还细的菌丝，培养了它们自己的微生物群。

在这项研究中，科研人员使用了两种AM真菌，Glomus versiforme和Rhizophagus irregularis，并在三种不同类型的土壤中与二穗短柄草（一种与小麦有关的草种）共生。在让真菌与草一起生长长达65天后，研究人员使用基因测序来识别粘附在菌丝表面的细菌。科研人员发现，来自这两种真菌的细菌群落的构成有显著的一致性。这些群落在所有三种土壤类型中都是相似的，但与远离菌丝的土壤中发现的群落非常不同。虽然这些细菌的功能还不清楚，但是它们的组成已经引发了一些有趣的可能性。科研人员预测，这些细菌中的一些会在紧邻菌丝的地方释放磷离子，给真菌以捕捉这些离子的最佳机会。研究哪些细菌具有这种功能可能是加强真菌的磷酸盐获取过程以使植物受益的关键。科研人员正在调查控制细菌聚集在菌丝上的因素有哪些。他们认为AM真菌可能会分泌出吸引这些细菌的分子，反过来，细菌群落可能会影响真菌分泌的分子。

在一株草的根部，AM真菌将ERH远远延伸到土壤中

在菌丝微生物组中，有黏球菌目和其他分类群的成员，这些分类群包括"细菌捕食者"，它们通过使其他细菌爆裂并释放其内容物来杀死并吃掉它们。这些捕食者通过沿着表面滑行移动，因此真菌菌丝可以作为线性进食通道，许多土壤细菌似乎沿着土壤中的真菌菌丝旅行，而这些捕食者可能使它成为一个更危险的旅程。虽然不是这些菌丝上的每一个成员都可能是捕食者，但科研人员调查这些假定的捕食者如何以及为什么在那里聚集。有可能捕食性细菌的行为使周围土壤中的每个人（捕食者和真菌）都能获得矿物营养。

图1：不同的细菌群落与G. versiforme的ERH有关

图2：G. versiforme的ERH相关群落在三种土壤和真菌物种之间的科和目水平上基本保守

图3：真菌种类和时间动态影响ERH相关细菌群落的组成

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