新研究揭示了有害真菌是如何变得有益并减少食物浪费

这些图像显示了有害 Ct3 的惊人效果，显着限制了拟南芥的根系生长，而有益的 Ct 则大大增加了根系生长。图片来源：2023，K. Hiruma

　　真菌引起的霉菌和疾病会极大地影响水果和蔬菜的保质期。然而，一些真菌通过帮助植物生存而使其宿主受益。炭疽菌 (Ct) 是一种根霉菌，即使在植物缺乏磷(光合作用和生长的重要营养物质)时，通常也能支持植物的持续发育。研究人员研究了一种独特的真菌致病菌株，称为 Ct3，它会反过来抑制植物生长。他们的研究发表在《自然通讯》上。

　　通过比较有益和有害的Ct菌株，他们发现单个真菌次生代谢基因簇的激活决定了真菌对寄主植物的负面影响。当簇因基因或环境变化而被破坏时，真菌的行为就会从抑制生长变为促进生长。了解这样的机制可以帮助我们利用真菌对食物的有益作用来减少食物浪费。

　　当你的新鲜草莓因发霉而变得模糊，或者葡萄变灰并在果盘底部枯萎时，总是有点令人失望和不愉快。罪魁祸首通常是一种名为灰霉病菌的致病真菌，它会毁坏全球粮食作物，并且很容易通过风和土壤传播。

　　然而，有许多真菌与其寄主植物的破坏性较小，甚至形成可以帮助植物茁壮成长的伙伴关系。促进真菌的有益特性并抑制不良后果(如发霉的水果)将极大地有助于全球粮食安全，并有助于减少大量的食物浪费。

　　“植物相关真菌表现出不同的感染生活方式，从互惠(有益)到致病(有害)，具体取决于宿主环境。然而，这些微生物沿着这些不同生活方式传播的机制仍然知之甚少，”来自该大学的 Kei Hiruma 副教授说。东京大学研究生院艺术科学研究科。

　　“我们使用比较转录组分析分析了不同菌株的遗传信息，这使我们能够研究每种菌株之间基因表达的差异。令人惊讶的是，我们发现了一个单一的真菌次生代谢基因簇，称为 ABA-BOT ，仅决定真菌是否对宿主植物表现出致病性或互利性特征。”

　　炭疽菌是一种真菌，通常在植物缺磷时对它们有益，帮助它们在缺乏这种重要营养素的情况下茁壮成长。它甚至被证明可以提高玉米和西红柿等重要经济作物的生长和产量。在这项研究中，多机构团队使用拟南芥作为寄主植物，并从不同地理位置采购了六种 Ct 菌株来感染它。

　　正如预期的那样，五种菌株显着促进植物生长，但第六种菌株(称为 Ct3)被发现会抑制养分吸收，抑制植物生长并导致疾病症状。那么，是什么导致了这种巨大的变化呢?

　　“我们确定了两个关键点：首先，在真菌方面，Ct3 激活 ABA-BOT 生物合成基因簇;其次，在植物方面，Ct3 诱导宿主植物的 ABA 信号通路，真菌通过该通路抑制植物生长，”昼间解释道。研究人员发现，Colletotrichum tofieldae的致病菌株和共生菌株都含有ABA-BOT基因簇，但共生菌株不表达它，即该基因没有被激活。

　　这一发现令人惊讶，因为传统上认为病原体和共生体具有不同的特征，但这些发现表明它们之间的关系更为复杂。

　　当基因簇被破坏时，无论是在基因水平上还是通过改变植物的环境，Ct3 就会变得非致病性，甚至变得对宿主有益，促进根部生长。尽管还需要进一步研究，但 ABA-BOT 基因簇似乎可能有助于 Ct 物种以外的多种真菌的发病机制。

　　例如，它可能与影响我们家庭水果和蔬菜的灰霉病的发病机制有关。

　　“如果我们全面了解真菌次生代谢基因簇的调控机制，我们就可以设计出一种方法来选择性抑制其他有益真菌的潜在发病机制，优化它们在农业中的利用，并充分利用自然存在的微生物多样性的潜力。在土壤生态系统中，” Hiruma 说。

　　“我开始意识到，即使是病原体在其生命周期的很大一部分时间里也能表现出无害的特征。事实上，我开始考虑我们传统上所说的病原体在其他条件下实际上可能充当有益微生物的可能性。 ”