数亿年来，植物和真菌已形成共生关系，以交易关键营养素，如磷酸盐和脂肪酸。这种关系对两种生物的生长和生存都非常重要，解决它们如何相互转移分子的神秘感最终可能有助于减少农业中肥料的使用。
现在，博伊斯汤普森研究所(BTI)的研究人员发现了植物 - 真菌界面上的小管结构网络，这可以揭示这种自然伙伴关系的机制。该研究的详细信息于2月8日在Nature Plants上发表。据估计，80%的维管植物家族与一种称为丛枝菌根真菌的土壤真菌形成共生关系。真菌渗透植物根部的最外层细胞，并生长出复杂的枝状结构，称为丛枝菌。然后，每个宿主植物细胞生长包裹丛枝的膜，并且在植物膜和真菌细胞壁之间的空间内发生营养物交换。
为了解植物和真菌之间的基本相互作用，BTI教员玛丽亚哈里森和博士后科学家谢尔盖伊万诺夫与唐纳德丹福斯中心综合显微设施主任R. Howard Berg合作。他们使用先进的电子显微镜技术对存在于真菌Rhizophagus irregularis定殖的豆科Medic藜苜蓿根部的丛枝进行成像，并对结果感到惊讶。“我们对这种相互作用的亚细胞结构基础的理解依赖于30 - 40年前进行的研究。他们中的许多人表示，真菌周围的物质，但植物膜内的材料将是碳水化合物材料的无定形基质，”哈里森说。 ，论文的通讯作者。相反，研究人员发现了由脂质膜构成的圆形，管状和哑铃形结构网络，几乎所有这些结构似乎都连接回植物细胞膜。
研究人员进一步惊讶地发现真菌细胞膜和真菌细胞壁之间的另一个膜管网络。“看到如此广泛的真菌膜增殖，特别是知道这种真菌正在匮乏脂质，这是完全出乎意料的，”该论文的第一作者伊凡诺夫解释道。哈里森和伊万诺夫推测这些网络与脂质的转移有关。“不知何故，脂质从植物细胞中释放出来并喂给真菌，我们想知道它们是如何通过我们认为的植物细胞膜和真菌细胞壁之间的水性基质，”哈里森说。“但也许这个空间毕竟不是那么含水，也许这种富含膜的环境有利于生物之间的脂质运动。”
鉴于植物和真菌膜网络彼此紧密物理接近，真菌网络可能参与脂质吸收以优化该过程。研究人员怀疑该网络不涉及将磷酸盐转移到植物中，因为膜网络在丛枝的较大分支附近更加丰富，而磷酸盐吸收可能发生在较小的分支附近。哈里森认为，更新的技术是要感谢找到这些肾小管网络。“样品的高压冷冻固定比旧技术提供更好的膜保存。我认为这是之前没有看到这些广泛膜的原因，”她说。“此外，3D电子断层扫描非常强大，让我们可以看到网络，这些网络在2D图像上看起来并不相关。”
Ivanov与拥有冷冻固定和电子显微镜专业知识的Berg以及芝加哥大学的Jotham Austin II密切合作，后者是断层扫描专家。该项目的财政支持由美国国家科学基金会拨款#IOS-1353367和TRIAD基金会提供。由英国剑桥大学的Uta Paszkowski领导的另一个研究小组在用R. irregularis定殖的水稻中进行了类似的成像研究，并发现了类似的结构。这些结果发表在同一期“自然植物”杂志上。
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