由于他們久坐不動的生活，植物必須充分利用周圍環(huán)境。為此，他們利用迄今為止未知的分子機制來確定它們的益處和危害它們的因素。它們還允許微生物進入其根部，以換取土壤中的必需營養(yǎng)素。土壤真菌Colletotrichum tofieldiae在需要時，模型植物擬南芥作為這樣的子化合物。該植物在無法獲得這些礦物質(zhì)的情況下接受真菌作為磷酸鹽供應(yīng)商，但如果它能夠自己利用磷酸鹽供應(yīng)則拒絕真菌。因此，工廠非常準確地權(quán)衡其必須響應(yīng)的環(huán)境要求。在這個過程中，植物的免疫系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用?？坡●R克斯普朗克植物育種研究所的StéphaneHacquard，Paul Schulze-Lefert和Richard O'Connell正在解決哪些變化有助于確保Colletotrichum tofieldiae不再需要應(yīng)對植物免疫力的全部沖擊系統(tǒng)在一定條件下。

Colletotrichum屬的真菌通常是病原體。因此，炭疽菌(Colletotrichum tofieldiae)必須在進化過程中經(jīng)歷變化，使其成為擬南芥的潛在朋友。“我們想知道在真菌和植物中需要進行哪些分子適應(yīng)，以使兩種生物合作，植物作為宿主，但保持對共生關(guān)系的控制，”科隆Max的StéphaneHacquard說道。普朗克研究所。“因此，我們的研究歸結(jié)為植物如何決定它們有什么好處以及它們對它們造成什么傷害的問題，以及它們?nèi)绾螜?quán)衡各種選擇，”Hacquard補充道。

為此，科學(xué)家將各種大陸上收集的幾種有益物種Colletotrichum tofieldiae的基因組與其有害表親Colletotrichum incanum的基因組進行了比較。他們還研究了當兩種真菌進入根部時，即在土壤中可溶性磷酸鹽充足和不足的條件下，兩種真菌的基因。

遺傳比較表明，兩種真菌的最后共同祖先生活在800萬年前，并具有致病的生活方式。因此，有益的適應(yīng)必須在進化過程的后期發(fā)生。通過與其他有益的真菌物種進行比較，科學(xué)家們還能夠證明，真菌和植物的共生共存沒有普遍的遺傳構(gòu)建模塊。Hacquard說：“沒有標準的基因可以確保其寄主植物能夠耐受根真菌。” “因此，這種共生關(guān)系必須在進化過程中獨立出現(xiàn)幾次。”

科隆的科學(xué)家們還表明，接受有益真菌與其基因組的根本改變無關(guān)。有益和致病物種具有驚人相似的基因組。“從病原體到有益的寄主的變化因此基于相對較少的遺傳變化，”Hacquard說。“在不到13,000個基因中，11,300個是相同的。在兩個物種分化后的800萬年中，有益真菌已經(jīng)獲得了1,009個基因并且損失了198個。”

特別引人注目的是效應(yīng)基因數(shù)量的變化。效應(yīng)物是使微生物能夠抑制或關(guān)閉植物免疫系統(tǒng)的蛋白質(zhì)。有益真菌僅有133種效應(yīng)基因，而其有害親屬則有50%以上。Hacquard和他的同事們還能夠證明，在根部定植期間很難讀出有益真菌的效應(yīng)基因。顯然，不需要他們編碼的蛋白質(zhì)。因此，互利合作使得幾乎沒有效應(yīng)蛋白。

科隆的科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，有益真菌要么不讀取它通過致病性系統(tǒng)發(fā)育遺傳的基因，要么讀得很晚。“我們得出的結(jié)論是，共生關(guān)系是由于最初負責真菌發(fā)病的基因仍然被關(guān)閉而不起作用，”Hacquard說。

科學(xué)家們還研究了擬南芥如何對兩種真菌做出反應(yīng)。他們表明，植物的反應(yīng)取決于土壤中可溶性磷酸鹽的含量。如果有足夠的磷酸鹽，植物會激活其免疫系統(tǒng)，從根部吸收有益真菌，因為它不需要它。然而，當面臨限制生長的土壤中缺乏磷酸鹽時，它會抑制其對有益真菌的免疫反應(yīng)。然而，有害真菌在所有條件下都會受到植物免疫系統(tǒng)的全面沖擊，因為它無法提供擬南芥。

因此，在營養(yǎng)缺乏的環(huán)境中，植物的免疫反應(yīng)僅在有益真菌從土壤中收集磷酸鹽并將其供應(yīng)到植物生長的根部時才會受到抑制。研究人員現(xiàn)在計劃研究免疫系統(tǒng)和營養(yǎng)如何在植物中相互聯(lián)系。