母雞塞巴斯蒂安Schornack開始他的研究小組在實驗室塞恩斯伯里在劍橋大學在2013年，他被某些植物病原體和有益微生物，幫助植物從土壤中吸取養(yǎng)分之間的相似之處很感興趣。例如，共生的菌根真菌將稱為叢枝菌的分枝結構發(fā)送到宿主植物的細胞中，以交換水和礦物質來代替蔗糖等碳水化合物。以類似的方式，絲狀真菌和水霉病病原體將指狀的吸器延伸到植物細胞中 - 但在這種情況下，幫助入侵者為自己的繁殖吸收營養(yǎng)。

在這兩種情況下，植物通過在突出到植物細胞中的結構周圍構建膜并且將材料輸送到該界面和從該界面輸送材料來主動地適應入侵。在Schornack看來，有一些基本的“參與規(guī)則”指導這些安排，表明在進化上古老 - 因而可能廣泛共享 - 建立和維持植物 - 微生物關系的機制，他想要根除它們。

為了做到這一點，他轉向一種致病的原生生物，被稱為水霉菌或卵菌，看起來像一個絲狀真菌，但細胞壁更像植物的細胞壁。Schornack選擇的特殊物種Phytophthora palmivora負責油棕和可可樹的破壞性流行病。作為位于諾威奇Sainsbury實驗室的Sophien Kamoun實驗室的博士后，Schornack發(fā)現(xiàn)，除了能夠感染一系列作物物種外，還有P. palmivora還可以感染豆科植物的根，開發(fā)廣泛的絲狀過程網(wǎng)絡，并將吸收劑傳遞到植物的細胞中。重要的是，卵菌不會立即殺死，讓研究人員有時間研究寄生蟲和寄主之間的相互作用。它是探索這種有害的微生物相互作用與植物眾所周知的互利共生之間的相似之處的完美病原體。

作為他在新實驗室的第一個項目之一，Schornack利用了一套豆科植物突變體，共生受損。他嘗試用P. palmivora感染這些植物，并發(fā)現(xiàn)了兩種同樣受到感染的突變體(New Phytol，206：497-500,2015)。Schornack說，“我發(fā)現(xiàn)共生和寄生過程之間存在一些重疊但不完全重疊”。

與此同時，他開始探索 P. palmivora感染其他作物的能力，包括煙草，大麥和小麥。他發(fā)現(xiàn)，每株植物都能容納病原體的手指狀的吸器。所以他決定嘗試與這些開花植物最相關的植物譜系相同的東西：苔類植物，沒有葉子或根的苔蘚樣植物。如果在這組植物中發(fā)生了類似的事情，那么就會發(fā)現(xiàn)在最早的陸生植物中存在用于適應這種入侵的途徑，然后才會從植物王國的其他部分分支出來。

Schornack親自做了第一次測試。“這是一個星期五下午的實驗，”他說。他用一點V8蔬菜汁培養(yǎng) P. palmivora 一周，然后用冷水淹沒盤子以刺激病原體產生游動孢子，卵菌和其他一些微生物用來無性繁殖的精子樣細胞。接下來，他使用滴管將富含游動孢子的懸浮液轉移到地 錢Marchantia polymorpha的表面。

在這兩種情況下，植物都積極地適應入侵。

幾天后，他看到了植物壞死的最初跡象，在顯微鏡下，他可以看到細胞穿透的吸器的發(fā)育，這表明，苔蘚以與作物物種和豆類相同的方式適應寄生蟲的入侵。 。“我很興奮，”他說。“這表明[地錢和開花植物]的共同祖先已經(jīng)配備了處理微生物存在于其細胞內的問題。”

Schornack實驗室的成員隨后對這些發(fā)現(xiàn)進行了跟進。最近博士畢業(yè)生Carolin Alfs，現(xiàn)在在萊布尼茨植物生物化學研究所，用無數(shù)的P. palmivora菌株感染了各種地錢種，每次病原體成功滲透，并在一周內殺死了植物。在感染過程中采取了苔蘚的橫截面，博士后Philip Carella發(fā)現(xiàn)一些haustoria不是簡單的指狀突起，而是分叉的方式更接近于共生真菌的復雜分支叢枝(PNAS，115：E3846- 55,2018)。

“在菌根和這些病原體之間看起來結構非常相似，” 慕尼黑路德維希馬克西米利安大學植物微生物相互作用專家Martin Parniske說道，他與Schornack合作但沒有參與這項研究。“這是一個明顯的假設，即這些病原體利用共生菌根的適應方案來實現(xiàn)自己的過程。”

深入研究苔蘚感染的分子水平，進一步發(fā)現(xiàn)了相似之處。具體地，已知在響應于共生滲透時參與細胞周圍的囊泡穿梭的所謂的突觸融合蛋白在植物乳桿菌感染期間在植物中上調。Schornack和他的團隊使用經(jīng)過改造產生熒光蛋白質的肝臟線，發(fā)現(xiàn)syntaxin定位于病原體的吸器。“這些蛋白質不僅在定植過程中產生更多，它們實際上也在相互作用的地方，”Schornack說。

Schornack說，了解這些植物入侵者的相互作用可能有助于研究人員對抗P. palmivora等生物體的感染，但是在研究人員能夠說出共生和致病性入侵之間存在多少重疊之前還有很長的路要走。可以確定他仍然尋求的那些共同的參與規(guī)則。Schornack指出，即使在這兩種情況下確實起作用的基因和蛋白質，例如似乎抵抗共生和致病性入侵的兩種突變豆科植物的基因改變，也可能以不同的方式發(fā)揮作用。“這仍然在進行中。”

紐約州北部博伊斯湯普森研究所的植物生物學家謝爾蓋·伊萬諾夫(Sergey Ivanov)認為，在研究人員得出結論認為一些相同的途徑是共生和發(fā)病機制的基礎之前，需要確定更常見的因素。雖然Schornack的工作成功地表明“絲狀病原微生物可以感染早期的不同植物，”他說，研究人員需要完成關于突觸蛋白和其他潛在重疊因子的作用的“更全面和定量的分析”，以斷言病原體是正如Schornack懷疑的那樣，正在利用共生過程。

但如果它們是“那將是非常引人注目的，”伊萬諾夫說 - “數(shù)百萬年來，植物為許多不同的微生物保留了同樣的計劃。