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基因组中的一些修饰将真菌植物病原体转变为潜在有益的生物体

2019-01-23 10:03:42 • 来源：

由于他们久坐不动的生活，植物必须充分利用周围环境。为此，他们利用迄今为止未知的分子机制来确定它们的益处和危害它们的因素。它们还允许微生物进入其根部，以换取土壤中的必需营养素。土壤真菌Colletotrichum tofieldiae在需要时，模型植物拟南芥作为这样的子化合物。该植物在无法获得这些矿物质的情况下接受真菌作为磷酸盐供应商，但如果它能够自己利用磷酸盐供应则拒绝真菌。因此，工厂非常准确地权衡其必须响应的环境要求。在这个过程中，植物的免疫系统起着关键作用。科隆马克斯普朗克植物育种研究所的StéphaneHacquard，Paul Schulze-Lefert和Richard O'Connell正在解决哪些变化有助于确保Colletotrichum tofieldiae不再需要应对植物免疫力的全部冲击系统在一定条件下。

基因组中的一些修饰将真菌植物病原体转变为潜在有益的生物体

Colletotrichum属的真菌通常是病原体。因此，炭疽菌(Colletotrichum tofieldiae)必须在进化过程中经历变化，使其成为拟南芥的潜在朋友。“我们想知道在真菌和植物中需要进行哪些分子适应，以使两种生物合作，植物作为宿主，但保持对共生关系的控制，”科隆Max的StéphaneHacquard说道。普朗克研究所。“因此，我们的研究归结为植物如何决定它们有什么好处以及它们对它们造成什么伤害的问题，以及它们如何权衡各种选择，”Hacquard补充道。

为此，科学家将各种大陆上收集的几种有益物种Colletotrichum tofieldiae的基因组与其有害表亲Colletotrichum incanum的基因组进行了比较。他们还研究了当两种真菌进入根部时，即在土壤中可溶性磷酸盐充足和不足的条件下，两种真菌的基因。

遗传比较表明，两种真菌的最后共同祖先生活在800万年前，并具有致病的生活方式。因此，有益的适应必须在进化过程的后期发生。通过与其他有益的真菌物种进行比较，科学家们还能够证明，真菌和植物的共生共存没有普遍的遗传构建模块。Hacquard说：“没有标准的基因可以确保其寄主植物能够耐受根真菌。” “因此，这种共生关系必须在进化过程中独立出现几次。”

科隆的科学家们还表明，接受有益真菌与其基因组的根本改变无关。有益和致病物种具有惊人相似的基因组。“从病原体到有益的寄主的变化因此基于相对较少的遗传变化，”Hacquard说。“在不到13,000个基因中，11,300个是相同的。在两个物种分化后的800万年中，有益真菌已经获得了1,009个基因并且损失了198个。”

特别引人注目的是效应基因数量的变化。效应物是使微生物能够抑制或关闭植物免疫系统的蛋白质。有益真菌仅有133种效应基因，而其有害亲属则有50%以上。Hacquard和他的同事们还能够证明，在根部定植期间很难读出有益真菌的效应基因。显然，不需要他们编码的蛋白质。因此，互利合作使得几乎没有效应蛋白。

科隆的科学家们还发现，有益真菌要么不读取它通过致病性系统发育遗传的基因，要么读得很晚。“我们得出的结论是，共生关系是由于最初负责真菌发病的基因仍然被关闭而不起作用，”Hacquard说。

科学家们还研究了拟南芥如何对两种真菌做出反应。他们表明，植物的反应取决于土壤中可溶性磷酸盐的含量。如果有足够的磷酸盐，植物会激活其免疫系统，从根部吸收有益真菌，因为它不需要它。然而，当面临限制生长的土壤中缺乏磷酸盐时，它会抑制其对有益真菌的免疫反应。然而，有害真菌在所有条件下都会受到植物免疫系统的全面冲击，因为它无法提供拟南芥。

因此，在营养缺乏的环境中，植物的免疫反应仅在有益真菌从土壤中收集磷酸盐并将其供应到植物生长的根部时才会受到抑制。研究人员现在计划研究免疫系统和营养如何在植物中相互联系。

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