自然界中，植物、細菌和真菌共同存在於土壤中，在共同進化的過程中，彼此之間必然相互影響，協同進化。已有大量研究工作報道指出植物與其根際細菌、植物與菌根真菌兩兩互作的模式以及細菌影響菌根真菌的模式，比如土壤細菌組會抑制菌根真菌的活力（Svenningsen et al., 2018）、某些細菌有助於菌根真菌在根表的定殖等。而關於菌根真菌影響細菌的報道還較少！

另一方面，以往研究只考慮到根系的一些變化是不夠準確和全面的。當菌根形成後，植物根際的內涵與非菌根植物相比其範圍有所擴大，不僅包括受根系分泌物影響的土壤區域，也包括根外菌絲延伸生長的土壤區域和受其影響的土壤團聚體的區域。因此，將受植物根系和菌根真菌雙重影響的土壤區域稱為“菌根際”（mycorrhizosphere），而將單獨只受菌根根外菌絲影響的土壤微域稱為“菌絲際”（hyphosphere）(Fogel, 1988; Li and Cao, 1990; Linderman, 1988;Rambelli, 1973)。

關於菌絲際的研究也有很多，主要是菌絲如何通過自身生理代謝高效獲取土壤磷元素，以傳遞給植物宿主，比如分泌質子、有機酸，磷酸酶，當然主要還是由於菌絲的生長極大擴充套件了根系吸收磷元素的表面積。不過，最近研究指出，菌根真菌並不能分泌磷酸酶，那麼土壤中含量豐富的有機磷源是如何被菌絲活化的就成為一個問題，而解磷菌在菌絲覓食磷元素的過程中可能起到關鍵作用。

中國農大馮顧老師課題組一直致力於該方面的研究，也取得很多成果。這張模式圖簡要的介紹了其主要研究成果。首先，菌根真菌會向菌絲際分泌各種代謝產物，有研究報道，這些分泌物主要包括糖類，有機酸類，氨基酸類等。菌絲會通過這些分泌物招募解磷菌在菌絲表面定殖，刺激其生長，提高其磷酸酶分泌能力，從而強化了解磷菌解磷功能。當然，解磷菌也會反過來刺激菌絲生長，但不影響菌絲上磷轉運蛋白的表達。基於以上內容，他們進一步提出問題，菌絲如何刺激解磷菌提高解磷能力。

當然，菌絲分泌物作為碳源，顯然會促進解磷菌的生長。而這篇文章的目的是探求這些分泌物是否也同時作為訊號物質在起作用，如果是，哪一種分泌物在起作用？通過查閱文獻，有三類糖被研究報道具有訊號物質的作用，分別是葡萄糖、果糖和海藻糖，那麼菌絲分泌物裡這三種糖類的濃度如何？是否具有訊號物質的作用，以刺激解磷菌的解磷能力？該文章圍繞這個問題展開討論。

該文章分為五個試驗部分，這裡分別介紹，實驗一，這裡使用了兩分隔培養皿的試驗體系，主要設計見圖示，除此之外，使用離體胡蘿蔔根和菌根真菌孢子經過抗生素滅菌，從而保證體系嚴格無菌，也確保了該實驗的嚴謹性。

通過對菌絲室液體培養基菌絲及其分泌物的收集和測定，發現菌絲內含有這三種糖，而分泌物中主要是果糖和葡萄糖。該實驗定量了菌絲內及菌絲分泌物中糖類物質的濃度。

試驗二主要是研究了菌絲對解磷菌的影響，實驗設計與試驗一類似，如圖所示。其中很重要的方法是基於已經全基因組測序的解磷菌。通過軟體分析預測研究性狀相關基因，測定其表達。

通過向菌絲室液體培養基內新增唯一植酸磷源，發現菌絲的存在會顯著增加菌絲室內酸性/鹼性磷酸酶的活性。與之對應的，植酸濃度下降，而無機磷濃度也降低，這可能是由於菌絲迅速的吸收了活化出的無機磷源。

雖然菌絲的存在顯著增加了菌絲室內解磷菌的解磷能力，也提高了磷酸酶分泌系統基因的表達（c，d）。但該試驗中，菌絲存在並未影響解磷菌的細胞分裂基因的表達，意味著在該實驗中，沒有影響解磷菌群體數量的增殖，這可能是由於72小時的試驗時間過於短暫，有研究指出2-4周的時間，菌絲存在顯著促進了解磷菌的生長。

在加入解磷菌的72小時內，菌絲存在6小時內顯著提高了果糖轉運蛋白基因的表達，而葡萄糖轉運蛋白基因的表達卻相反，前6小時內很低，而後逐漸提高。這可能是分解代謝物阻遏導致的，說明解磷菌優先利用果糖，同時抑制葡萄糖的吸收，待果糖消耗到一定程度後才開始吸收葡萄糖作為能源物質。有意思的是，解磷菌磷酸酶合成基因的表達與果糖轉運蛋白基因的表達，看起來有很明顯的相關性。這都體現了果糖這一菌絲分泌物的重要性。很可能是菌絲分泌的果糖優先被解磷菌吸收利用，誘導瞭解磷菌磷酸酶基因的表達。

接下來，我先講實驗四，看到了果糖和葡萄糖的不同試驗結果，接下來就去掉菌絲，直接向解磷菌裡新增果糖或者葡糖糖，驗證實驗二的試驗結果。同時還設定了不同的新增濃度。結果發現，只有達到1 mM的濃度時，果糖和葡萄糖才促進了解磷菌的生長。而觀察培養基裡磷酸酶活性則發現，新增果糖至100 uM或更高時，培養基內磷酸酶活性顯著提高，而果糖則不論多大的新增濃度，都不會誘導解磷菌磷酸酶的產生。

選取2個試驗取樣點的結果進行相關性分析發現，解磷菌果糖轉運蛋白基因的表達和磷酸酶基因的表達有著顯著的相關性。而葡萄糖則沒有。以上結果都表明，菌絲分泌的果糖，在分泌到生長有解磷菌的生長介質中時，作為訊號物質，會迅速誘導解磷菌磷酸酶合成及分泌基因的表達，而作為能源促進解磷菌生長的作用則很弱。

然後又通過植物體系進行驗證，試驗設計如圖所示。

結果表明，菌絲的存在會顯著提高磷酸酶合成基因的表達，但只顯著提高了菌絲際解磷菌果糖轉運蛋白基因的表達，與之前試驗結果相符。同時還發現，解磷菌的存在也會增加菌絲磷轉運蛋白基因和PolyP合成基因的表達

• 菌根真菌菌絲分泌葡萄糖、果糖以及少量海藻糖
• 菌絲存在顯著提高解磷菌磷酸酶合成及分泌系統基因的表達
• 分別向培養有解磷菌的培養基中新增果糖和葡萄糖，發現果糖可以短時間提高解磷菌磷酸酶基因的表達，且與果糖轉運蛋白基因表達呈顯著正相關
• 解磷細菌的存在可以提高菌絲表面高親和力磷轉運蛋白基因及菌絲內PolyP合成基因的表達水平

• 根系招募的菌群對即將到來的菌根真菌侵染是否有顯著的影響，抑制or促進？不同基因型植物間該影響是否有差異？若有差異，是否存在植物的主動調控機制？
• 一旦菌根共生體建立，植物根系細菌組發生何種變化？若有變化，是否朝著有益於菌根共生體的方向變化？是否存在植物的主動調控機制？

Zhang, L., Feng, G., and Declerck, S. (2018). Signal beyond nutrient, fructose, exuded by an arbuscular mycorrhizal fungus triggers phytate mineralization by a phosphate solubilizing bacterium. ISME J. 12, 2339-2351.

http://dx.doi.org/10.1038/s41396-018-0171-4

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