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三人行不行?植物共生真菌(mycorrhizae)中的細菌

  圖片來源: The Plant Journal 從上陸地的那一刻開始,植物就建立了與真菌共生的關係。真菌幫助植物吸收水分、養分,也協助植物抵禦入侵者,可說是植物的好伙伴。在《 真菌微宇宙 》一書中,對於植物與真菌之間的互動,有非常深刻的描述。 繡球菌門的珍珠巨孢囊霉( Gigaspora margarita )是與植物共生的菌根真菌的一種。1996年在義大利的研究發現,珍珠巨孢囊霉裡面竟然有細菌!研究團隊花了十年的功夫,終於成功的把珍珠巨孢囊霉裡面的細菌趕出去。 把細菌趕出去要做什麼呢?研究團隊想知道,細菌對珍珠巨孢囊霉與植物共生會不會產生影響。他們以不含細菌的真菌(B-)及含有細菌的真菌(B+)分別感染植物。結果發現,雖然植物的性狀有些細微的不同,但沒有細菌的真菌還是可以成功地與植物建立共生關係。 但是這兩種真菌對其共生的植物是否有影響呢?研究團隊以光葉百脈根( Lotus japonicus )為模式,讓不含細菌的真菌(B-)及含有細菌的真菌(B+)分別感染植物,並加入無真菌組做為對照組,再分析植物的轉錄體與蛋白質體,觀察不同真菌品系對植物的影響。 結果發現:不含細菌的真菌(B-)及含有細菌的真菌(B+)在感染植物時,會造成150個基因與119個蛋白質表現不同。 分析這些基因與蛋白質發現: 一、所有與共生有關的基因,不論真菌裡面有細菌與否,都有表現。當然,從不含細菌的真菌還是可以成功感染植物這點看來,這個發現不算意外。 二、含有細菌的真菌能夠活化植物的粒線體相關基因,如檸檬酸循環(citric acid cycle)基因就被活化了。同時,因為粒線體會產生自由基,所以植物的抗氧化基因們也活化了。 三、被不含有細菌的真菌感染的植物,與脂肪酸代謝相關的基因(如合成單醯基甘油的酵素)活性較低。另外,負責把磷酸根從真菌運送到植物的運輸蛋白的表現量也降低了。由於真菌需要從植物獲取單醯基甘油,而植物需要從真菌取得磷酸根,這個發現顯示了它們的共生關係並沒有為對方帶來足夠多的好處。 也就是說,含有細菌的確會讓真菌與植物的互動更有效率、帶來更多好處。關於這三人行究竟還有多少未知,需要更多的研究來幫助我們瞭解。 參考文獻: Verhage, L. (2021), It takes three to tango: an endobacterium plays a role ...

共生真菌(arbuscular mycorrhiza)如何將氮素送給植物的根

  棉花的根。圖片來源: 維基百科 。 陸生植物與真菌的共生關係可以回溯到陸生植物剛剛出現在陸地上的那時候:在數億年前(約是石炭紀與二疊紀),當裸蕨初初成為陸地生物的一員時,由於不具備有發達的根系,使得養分與水分的吸收成為大問題;而這時候,真菌便已經開始與陸生植物的根形成了共生關係。 這雙人舞發展到現在,已知有九成的陸生植物的根與共生真菌(arbuscular mycorrhiza)建立互惠互利、和平共存的共生關係。過去的研究發現,這些共生真菌會協助植物吸收磷,而植物提供它們養分。這共生關係尤其在土壤中磷不足的時候更為重要,而當土壤中已有足夠的磷時,植物與共生真菌之間的關係便不會那麼緊密。 但是共生真菌與植物之間,真的只有磷的交換嗎?過去有些間接的證據發現,植物與共生真菌之間可能也會進行氮的交換。為了要瞭解這是否為真,美國德州科技大學(Texas Tech University)的研究團隊,餵給真菌放射線氮標定的養分,觀察真菌如何吸收這些氮素並傳遞給植物。 研究團隊還找到了水稻與共生真菌合作的基因:NPF4.5。他們發現,當NPF4.5被去活化時,水稻經由共生真菌吸收氮的能力明顯下降。將此基因轉入水稻,讓水稻高量表現它,會使得水稻吸收氮的能力提升,產量也增加了。 研究團隊希望未來能瞭解真菌到底是如何活化NPF4.5基因的表現,也打算將高量表現NPF4.5的水稻移到田間測試,看看產量是否也一樣會增加。 參考文獻: Shuangshuang Wang, Aiqun Chen, Kun Xie, Xiaofeng Yang, Zhenzhen Luo, Jiadong Chen, Dechao Zeng, Yuhan Ren, Congfan Yang, Lingxiao Wang, Huimin Feng, Damar Lizbeth López-Arredondo, Luis Rafael Herrera-Estrella, Guohua Xu. Functional analysis of the OsNPF4.5 nitrate transporter reveals a conserved mycorrhizal pathway of nitrogen acquisition in plants. Proceedings of the National ...

共生真菌(endophyte)讓大麥長得好

rhizosphere。圖片來源:「農大菌物語」4 看過「農大菌物語」第四集的朋友們,一定對上面這張圖印象深刻。或許有些朋友還會認為,漫畫是否誇大其詞了? 其實沒有喔!細菌、真菌團團圍繞在植物根部附近,與植物的根形成共生關係。這些細菌與真菌被稱為rhizosphere,過去被認為可能有協助植物吸收養分的功能。 不過,最近在都柏林(Dublin)的三一學院的研究團隊發現:這些共生真菌不只可以幫助植物吸收養分,還有更多的功能喔! 研究團隊由野生大麥(barley, Hordeum murinum  ssp.  murinum  L.)中分離出十種共生真菌,將它們接種到常用的培育種中,而後種植在五種不同的人工介質以及一種以土壤為本的介質中。 大麥。圖片來源: wiki 結果發現,接種了共生真菌的大麥,對於真菌感染的抵抗力較佳;而這些大麥對熱、乾旱、害蟲也較有抵抗力。同時,它們在養分不足的土壤中也生長得較好。 過去大家對這些與植物共生的細菌與真菌了解不多,在植物生理學課程中也僅有簡要的講述;現在重新發現它們對植物的重要性,但可惜的是,人工種植的農作物往往因為輪作以及農藥的使用,使得農作物帶有的共生菌較它們野外的親戚們要少得多(甚至沒有)了。 愛爾蘭的農夫們,每年大約花費九千九百萬英鎊(35億6965萬台幣)在大麥的農藥以及肥料上,其中70%花在氮肥。如果接種共生真菌可以減少農夫在農藥以及肥料上的花費,不只可以降低農業的成本,也可以降低因施用肥料所造成的環境污染呢! 參考文獻: 2015/2/9. Friendly fungi: how they could help barley growers feed the world without chemicals . Science Daily. Brian R. Murphy, Fiona M. Doohan, Trevor R. Hodkinson. 2014. Persistent fungal root endophytes isolated from a wild barley species suppress seed-borne infections in a barley cultivar . BioControl.