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三個基因決定植物是否能與真菌形成菌根共生體(arbuscular mycorrhizae)

亞麻的菌根共生體。圖片來源:維基百科

菌根(mycorrhizae)是與植物根部共生的真菌,約有94%的植物根部都可以找到它(剩下的6%是水生植物)。有些菌根會把菌絲伸入植物的根細胞中形成菌根共生體(arbuscular mycorrhizae,簡稱AM),有些菌根則只會包覆在植物根的外圍,形成外生菌根(ectomycorrhizae,ECM)。這些真菌協助植物吸收水分與礦物質,從植物那裡得到光合作用所產生的醣類,對植物的生長與養分的循環有很大的貢獻。

過去的研究發現,菌根共生體多半都與沙漠、草原、灌木以及熱帶森林的植物在一起,外生菌根則常見於溫帶與寒帶森林。但是,是什麼決定哪些植物要跟外生菌根共生,哪些植物則只會跟菌根共生體共生呢?

歐洲的研究團隊比較了將近四百種植物的基因體,發現能與真菌形成菌根共生體的植物都具備有三個基因,這三個基因分別是RAD1STRSTR2。研究團隊認為,或許與外生菌根形成共生關係的植物所在的環境養分較充足,所以他們不需要與真菌形成那麼緊密的共生關係。

RAD1是個GRAS家族的轉錄因子(transcription factor),缺少RAD1的植物會讓真菌與植物之間的互動發生障礙,同時STRSTR2的表現也會下降。STRSTR2是ABC運輸蛋白,對於形成有功能的菌根共生體非常重要,過去也有研究發現它們可能跟脂肪從植物到真菌的運輸有關。

參考文獻:

Guru V. Radhakrishnan, Jean Keller, Melanie K. Rich, Tatiana Vernié, Duchesse L. Mbadinga Mbadinga, Nicolas Vigneron, Ludovic Cottret, Hélène San Clemente, Cyril Libourel, Jitender Cheema, Anna-Malin Linde, D. Magnus Eklund, Shifeng Cheng, Gane K. S. Wong, Ulf Lagercrantz, Fay-Wei Li, Giles E. D. Oldroyd, Pierre-Marc Delaux. An ancestral signalling pathway is conserved in intracellular symbioses-forming plant lineages. Nature Plants, 2020; DOI: 10.1038/s41477-020-0613-7

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