扎根于大地、无法自由活动的植物如何在土壤中数十亿微生物中识别哪些共生“朋友”对自己有益，哪些是致病“敌人”？经过12年的研究，中国科学院分子植物科学卓越中心王二涛研究员团队终于找到了解决这个困扰全球植物界数十年的难题的一些线索。
1月24日凌晨，国际顶级学术期刊《Cell》在线发表了这一突破性成果。利用好这一机制，不仅可以提高作物产量，还可以减少化肥的使用。
12年潜心研究揭示植物细胞的“守护室”
当土壤贫瘠时，豆科植物会与根瘤菌共生，帮助它们固定空气中的氮，为自己创造氮肥盛宴。然而，土壤中的微生物种类繁多，数量巨大。一片指甲盖大小的土壤中，生活着多达10亿个微生物。那么植物如何决定何时寻找“盟友”以及如何防止“敌人”趁机制造混乱呢？
2013年从英国约翰·英尼斯研究中心回国后，王二涛致力于该方向的研究。您为何如此关心这个问题？如果不能正常识别病原菌，可能会对农作物造成很大的危害。他提到，从1845年到1850年，一种卵菌在爱尔兰引发了马铃薯晚疫病的爆发，引发了饥荒，导致数百万人死亡。
二十年前，日本植物学家发现植物会释放一类名为独脚金内酯的化学分子来招募共生细菌的“盟友”。但独脚金内酯也会激活致病菌吗？植物如何识别“朋友或敌人”仍然未知。
王二涛介绍，几乎所有植物细胞中都存在多种LysM受体激酶。它们就像看门人一样，在细胞膜上“站岗”，负责检查随风而来的各种微生物。 “由于高等植物中的‘看门人’太多，关系复杂，长期以来研究起来很困难。”他非常幸运地发现了一种早期的陆地植物——地钱，它的“看门人”激酶上只有一对LysM受体。
检查你的“身份证”，遇到病原菌就拉响警报
这是一个非常复杂的识别机制。通过研究，王二涛团队发现，多形菌LysM样受体激酶中的MpaLYR负责识别源自微生物的信号分子，就像门卫检查访客的身份证一样。
论文第一作者、分子植物卓越中心博士生谭新兴介绍，共生微生物的“身份证”是短链甲壳素壳聚糖CO4/5，而病原微生物的“身份证”是长链甲壳素壳聚糖CO4/5。链甲壳素壳聚糖CO7/8。当MpaLYR拿到“身份证”时，它会与MpaCERK1结合形成一把“钥匙”。当它收到CO4/5的“身份证”时，就会激发细胞的共生反应。当它收到CO7/8的“身份证”后，就会立即启动免疫反应，让细胞启动免疫反应，赶走“敌人”。
更有趣的是，研究还发现，植物在缺乏磷的营养条件下会释放更多的独脚金内酯。正是这种激素刺激菌根真菌分泌用于鉴定的短链几丁质壳聚糖CO4/5。 “这相当于先给‘盟友’发放通行证，然后让看门人检查并释放。”王二涛表示，随着植物的进化，这个“把关系统”变得越来越复杂，未来他们还将继续研究更复杂的系统。 “这开辟了植物共生免疫研究的新领域”。
作物可以用更少的肥料长得更强
发现这个“看门人系统”有什么用呢？王二涛认为，它揭示了植物在早期定殖过程中如何通过LysM受体的功能优化与菌根真菌建立有效的共生关系。 “它们利用这一点促进自身对水分和养分的吸收，同时有效抵抗病原微生物的入侵，为植物早期适应充满病原微生物挑战的干旱、贫瘠的陆地环境奠定了基础。”
同时，这项研究也为农业生产提供了重要启示：通过增强植物与菌根真菌之间的相互作用，可以提高作物养分利用效率，特别是在低肥力土壤条件下。 “利用菌根共生，我们还可以构建低投入、高产出的生态农业系统。”王二涛说道。
