剑桥大学发现植物需要讲“外语”的原因

　　植物与真菌互惠互利的共生关系，能显著增强植物从土壤中吸取重要营养物质的能力，理解它们将有助于可持续生物技术的发展，从而解决日益增长的全球人口压力和粮食生产之间的矛盾。

　　始于一株不能与真菌建立共生关系的基因突变型玉米（Zmnope1）。

　　科学家们设法鉴定出了这株玉米的缺失基因——编码一种转运蛋白的NOPE1基因。这篇文章指出，如果土壤中有丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal ，AM）真菌，植物还想释放信号与有益的AM真菌建立共生关系，NOPE1基因必须能正常工作。

　　首席研究员Uta Paszkowski博士说：“野生型植物通过释放一些物质给环境中的真菌。如果植物因缺少某些运输分子无法将信息传递给真菌的话，真菌就不会响应这颗植物。”

　　N-乙酰葡萄糖胺（N-acetylglucosamine，GlcNAc），是大多数真菌细胞壁、许多信号分子和几丁质的组成部分。之前有关白色念珠菌的研究表明，GlcNAc进入真菌细胞可激活细胞内的信号转导，增加基因表达，促进菌丝生长，从而让真菌与植物发生相互作用。

　　最新研究表明，除了玉米，水稻根部的具有功能的NOPE1基因对AM真菌也具有类似的影响，它能让真菌表达毒力基因，帮助它们与植物根部细胞连接。即NOPE1基因编码的GlcNAc转运蛋白对AM真菌的根部定殖发挥了作用。实验结果显示野生型水稻的根部能获取和释放GlcNAc，并且明显具有NOPE1基因依赖性，因此NOPE1是首个被鉴定的植物GlcNAc膜转运蛋白。

　　这篇文章首次曝光了这种植物与真菌沟通的必须蛋白，”Paszkowski说。“共生起始于植物的跟与土壤中的真菌交换化学信号，在两个物种发生身体接触前，这些分子信号就已经释放到了根围（rhizosphere）。”

　　人们很久以前就知道植物和真菌之前存在着共生关系，但是21世纪科学家们才发现影响真菌新陈代谢和生长发育的刺激物质原来是植物激素独脚金内酯（strigolactones）。深刻地了解植物-真菌共生有助于野生植物性能和栽培系统的改善。如今，农民们只能依靠大量昂贵的肥料，在矿物质匮乏的土壤上耕种。理解植物和真菌的共生关系，将利于科学家们开发更便宜、更环保的植物供养产品，让作物更好的吸收土壤中的营养。利用更自然的方式帮助作物生长繁殖，对世界人口的可持续发展非常重要。

　　2050年，地球人口估计将达到90亿人，粮食问题将成为本世纪最大的挑战之一。Paszkowski和剑桥全球食品安全组织的成员们正在想办法解决地区、国家、乃至全球的粮食问题。