百脈根（Lotus japonicus）如何調節與共生真菌的互動？

 

圖片來源：維基百科

從對植物與微生物之間的互動完全無知，到現在甚至可以在市面上買到共生菌配方，我們對植物與共生真菌之間的互動的知識可說是一日千里。但是，這些共生真菌是如何與植物進行有意義的互動，詳細的機制還有相當多不明瞭之處。

這些共生真菌可以分為兩類，其中一類被稱為菌根共生體（AM，arbuscular mycorrhiza ，或者稱為叢枝菌根）。菌根共生體會進入宿主根部，並在皮層中形成樹枝狀結構（叢枝），有助於營養物質的供應。菌根共生體提供磷、礦物質和水分，而植物則通過叢枝向真菌提供光合作用的產物。這種相互作用涉及了多種信號分子，如幾丁寡糖（CO）和脂質幾丁寡糖（LCO），這些信號分子被宿主植物的LysM型受體蛋白識別，從而活化共生相關的基因表現和鈣濃度的變化。

最近日本的研究團隊，以百脈根（Lotus japonicus）與根內球囊黴（Rhizophagus irregularis）之間的互動為模式，研究植物與菌根共生體之間的互動。

過去在水稻中發現了一個稱為OsCERK1（Chitin Elicitor Receptor Kinase 1）的受器，是水稻與菌根共生體建立共生關係不可或缺的角色。OsCERK1在水稻中被證明能夠識別幾丁質寡糖，並參與了植物免疫和菌根共生體共生的信號傳導。

研究團隊在百脈根中找到了兩個基因跟OsCERK1相似，它們叫做Lys6和Lys7。因此，研究團隊建立了缺少Lys6和/或Lys7的突變株，看看這些受器在百脈根中是否與OsCERK1在水稻中有類似的功能。

他們發現，Lys7在植物被菌根共生體感染後表現量顯著的上升，意味著它的確在菌根共生體感染中有重要性。

使用突變株分析發現，在LYS6和LYS7單突變株中，真菌定殖和叢枝形成顯著減少，而雙突變株根本沒有真菌感染。這意味著LYS6和LYS7在菌根共生體感染中具有不同但互補的功能。

另外，LYS6突變株在幾丁寡糖處理後沒有出現典型的鈣離子濃度變化，而LYS7突變株則呈現與野生種相似的反應。也就是說，LYS6在幾丁寡糖誘導的鈣信息傳導中有著重要的作用，對一開始的感染很重要。

研究團隊觀察LYS6和LYS7單突變株中，一些菌根共生體誘導基因（如RAM1、RAM2等）還是能夠表現，但雙突變株中這些基因無法被誘導表現。這個發現也進一步確認了這兩個受體在菌根共生體共生信息傳導中的重要性。

總而言之，LYS6和LYS7在百脈根中透過不同的信息傳導途徑調節菌根共生體共生關係。LYS6在早期感染階段調節真菌的侵入，而LYS7在真菌進入後的感染過程中發揮作用。這些發現讓我們了解了LysM受體在植物-真菌共生中的關鍵作用，為理解植物-微生物互動提供了新視角。

參考文獻：

Fukuda, H., Mamiya, R., Akamatsu, A. and Takeda, N. (2024), Two LysM receptor-like kinases regulate arbuscular mycorrhiza through distinct signaling pathways in Lotus japonicus. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19863