植物如何精准识别“敌友”？

近日，中国科学院分子植物卓越中心王二涛研究团队在植物区分共生与病原微生物的分子机制研究中取得重要进展，该成果以“A pair of LysM receptors mediates symbiosis and immunity discrimination in Marchantia（粗裂地钱中一对LysM类受体激酶复合物介导了共生与免疫信号的区分）”为题在国际权威学术期刊《细胞》（Cell）发表，建立了植物特异识别共生与病原微生物的分子信号框架。

植物的根系土壤中栖息着种类繁多的微生物，它们既包括能与植物建立互利共生关系的共生微生物，也包括能侵染植物、掠夺其营养的病原微生物。其中，菌根真菌可以与大多数陆生植物建立共生关系，帮助植物高效地从土壤中汲取磷、氮等关键营养元素。与之相反，病原微生物的存在却时刻威胁着植物的健康、作物的产量。因此，植物如何精准区分共生与病原微生物，已成为植物-微生物科学与作物科学领域的核心科学问题之一。解答这一问题将为深入研究作物病害防控与养分高效利用提供关键支撑。

分子植物科学卓越创新中心王二涛研究团队前期的研究发现，植物细胞膜上的LysM类受体激酶能够同时识别来源于有益共生微生物的信号分子和有害病原微生物的信号分子，并触发相应的共生或免疫等生理反应。然而，被子植物中LysM受体激酶的数量众多，且这些受体之间的生物学功能存在重叠，为研究植物如何精确区分微生物的机制带来了诸多挑战。幸运的是，早期陆生植物粗裂地钱的基因组结构简单、LysM受体数量少，因此成为了研究这一科学问题的理想材料。

研究发现，早期陆生植物粗裂地钱中一对LysM类受体激酶—MpaLYR和MpaCERK1，能够精准区分共生与病原微生物，并激活不同的下游信号通路。其中，MpaLYR负责识别微生物来源的信号分子，既能结合共生微生物的分子标志物短链几丁质壳聚糖CO4/5，也能结合外源真菌产生的病原分子标志物长链几丁质壳聚糖CO7/8，并通过与MpaCERK1形成蛋白复合体，激活相应的共生或免疫下游信号途径。本研究还发现，在低磷条件下，植物会释放一种名为独脚金内酯（strigolactones）的激素。这种激素能够刺激菌根真菌特异分泌大量的共生分子标志物短链几丁质壳聚糖CO4/5。这些分子通过MpaLYR的识别，激发共生反应，并同时抑制由外源真菌入侵带来的长链几丁质壳聚糖CO7而引发的免疫反应，从而维持共生与免疫的动态平衡。因此，MpaLYR-MpaCERK1通过识别不同长度的几丁质壳聚糖（CO4/5或CO7/8）区分共生和病原微生物，使植物在面对不同陆地环境时既能够通过菌根共生进行营养摄取，又保证对病原微生物的免疫抵抗。

这一研究深化了我们对植物-微生物互作机制的理解，揭示了植物在早期登陆的过程中，如何通过LysM受体的功能优化来与菌根真菌建立高效的共生关系，从而促进自身对水分和营养物质的吸收，同时高效抵御病原微生物的侵袭，为植物早期适应干旱、贫瘠且充满病原微生物挑战的陆地环境奠定了基础。该研究为农业生产提供了重要启示：通过增强植物与菌根真菌的互作，可显著提高作物对土壤养分的吸收能力，尤其在低肥力土壤条件下表现尤为突出；菌根共生为构建低投入、高产出的农业体系提供了强有力的科学依据，有助于实现生态农业与粮食安全的双赢。