丛枝菌根共生关系的信号机制研究进展

在植物与微生物的共生体中,最广泛的互惠共生体就是丛枝菌根.真菌在植物根系形成菌根后,菌丝通过根的皮层细胞获取植物提供的碳源,同时将矿物营养和水从土壤转运到皮层细胞,这种共生过程的研究在生物多样性的保护、陆生植物的起源与演化、退化生态系统的修复与重建以及农业、林业和园艺业的应用具有重要的意义.近年来丛枝菌根真菌与植物根系建立共生关系的信号传导途径和作用机制备受关注,也取得了突破性的进展.本文对丛枝菌根真菌与植物根系在共生关系形成、营养交换以及防御方面的分子信号和细胞方面的研究进展进行综述,并对发展前景作以展望.     

丛枝菌根（AM）真菌-豆科植物-根瘤菌共生识别信号研究概况

<正>植物与微生物共生是自然界中普遍存在的一种生物学现象,其中高等植物和丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌共生形成的菌根、以及豆科植物和根瘤菌(rhizobia)形成的根瘤与农林牧业生产和生态系统的稳定性密切相关。豆科植物形成根瘤的同时还能与AM真菌形成菌根,最终建立三位一体     

丛枝菌根真菌脂类代谢对共生信号调控的响应和反馈

丛枝菌根(AM)真菌是自然生态系统中分布最为广泛的真菌之一,在自然界物质循环和能量流动中发挥着重要作用。经过长期的协同进化,AM真菌和宿主植物之间形成了完美的互惠互利的共生关系,而真菌的脂类代谢可能是揭示共生秘密的关键所在。本文综述了AM真菌脂类代谢在共生关系建立和维持中关键作用的最新研究进展,重点探讨了AM真菌脂类代谢对共生信号调控的响应和反馈机制,主要包括:AM真菌脂类存储和释放对共生和非共生状态的响应,以及脂类代谢产物变化与共生营养传递之间的关系;脂类分解过程在共生建立初期对信号分子调控发生的响应,以及相应的物质转化和能量代谢;菌根共生互惠互利关系维持中,真菌脂类代谢与信号分子交流通道的相互渗透和影响。本文对于理解菌根共生机制,促进菌根在生产中的应用具有促进作用。     

丛枝菌根真菌诱导植物信号物质研究进展

丛枝菌根(AM)真菌侵染植物根系形成菌根共生体过程中能诱导植物合成多种信号物质,如水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、类黄酮、一氧化氮(NO)和过氧化氢(H2O2)等。这些信号分子的传导途径和作用机制备受关注。本文从AM真菌诱导植物信号物质的种类和数量入手,探讨这些信号分子在植物体内的传导途径、生理效应和可能的作用机制,旨在为研究AM真菌与植物之间的共生关系、功能与进化等提供依据。     

三七丛枝菌根（AM）的研究

研究发现,丛枝菌根真菌(AMF)能侵染三七根系并形成典型的丛枝菌根(AM),侵染率在12%～30%,但侵染强度较弱。从三七根际采集的10个土样中共分离出15种AMF,Glomus属11种,Acaulospora属4种,分别是瘤状无梗囊霉、刺无梗囊霉、孔窝无梗囊霉、细齿无梗囊霉、地球囊霉、明球囊霉、缩球囊霉、单孢球囊霉、近明球囊霉、地表球囊霉、小果球囊霉、摩西球囊霉、何氏球囊霉、晕环球囊霉和网状球囊霉。其中,地球囊霉是三七的优势种。因此,AMF是三七丰产栽培中的一种潜在应用价值的生物资源。     

丛枝菌根结构与功能研究进展

丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)是陆地生态系统中分布最广泛、最重要的互惠共生体之一,对提高植物抗逆性、修复污染生境、保持生态系统稳定与可持续生产力的作用显著.AM结构特征是判断菌根形成的主要指标,与其功能密切相关.本文总结了AM丛枝结构、泡囊结构、菌丝结构和侵入点结构等发育特征;分析了A型丛枝结构、P型丛枝结构、泡囊结构和根外菌丝结构与促进寄主植物养分吸收和生长、提高植物抗旱性、耐涝性、耐盐性、抗高温、拮抗病原物、提高植物抗病性、抗重金属毒性、分解有毒有机物、修复污染与退化土壤等功能的关系,及其所发挥的重要作用;探讨了影响AM结构与功能的因子,以及基于AM不同结构所发挥功能的作用机制.旨在为系统研究AM真菌发育特征、AM真菌效能机制,以及评价和筛选AM真菌高效菌种提供依据.     

植物与丛枝菌根真菌在共生早期的信号交流

摘要:丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)与大多数陆生植物互利共生具有广泛的生理生态学意义,而这一生态学功能背后的共生机制我们知之甚少。已探明AM形成前宿主植物根分泌的独脚金内酯促进AMF菌丝分支,分泌的角质单体促进AMF 在宿主根中定植;同时,菌根真菌的分支菌丝释放出脂质几丁糖(lipochitooligosaccharides,LCOs)和短链几丁质寡聚物(short-chain chitin oligomers,COs)信号分子诱导宿主基因表达、侧根发育以及形成Ca2+振荡,它们相互作用共同促进AM形成。在能同时形成菌根和根瘤的蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和日本百脉根(Lotus corniculatus)植物中,根瘤共生体形成过程所需的若干基因与菌根形成所需的基因有关。这些研究成果为全面揭示菌根共生体发生过程的信号转导奠定了基础。本文对目前国内外宿主植物与AM真菌之间的信号物质及其功能、相关基因及其调控功能等进行了综述,旨在为AM真菌共生早期的信号交流研究提供有价值的参考。     

植物激素调控丛枝菌根发育的作用机制研究进展

丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza,AM）是土壤中AM真菌和绝大多数维管植物根系长期进化过程中相互识别、相互作用形成的互利共生体。AM的发育与功能效应依赖AM真菌-寄主植物之间精准的“分子对话”,同时受到环境条件特别是土壤养分水平、干旱和盐渍化的制约。植物激素作为低浓度的小分子有机物,是参与调控AM共生过程的重要信号分子。其中,主要有9种植物激素参与AM发育过程且分工各有不同：独脚金内酯（strigolactones,SLs）参与AM真菌-寄主植物之间最初的共生识别,脱落酸（abscisic acid,ABA）和油菜素内酯（brassinosteroid,BR）促进前期的菌丝入侵,但水杨酸（salicylic acid,SA）和乙烯（ethylene,ET）抑制前期的菌丝入侵,生长素（auxin,Aux）、ABA和BR促进随后的丛枝形成而ET和赤霉素（gibberellin,GA）的作用则相反,茉莉酸（jasmonic acid,JA）对菌丝入侵与丛枝形成均可能存在正调控或负调控作用。目前细胞分裂素（cytokinin,CTK）在AM发育中的作用尚不明确。更为复杂的是,通常植物激素信号之间的交叉互作决定AM的发育进程。本文针对AM发育过程总结了不同植物激素的调控作用特点和不同植物激素信号之间的互作（协同或拮抗）,以及胁迫条件下不同植物激素信号的可能调控机制。深入研究和系统阐明植物激素调控AM真菌-寄主植物共生的生理/分子机制,将有助于促进生物共生学理论研究及菌根技术的应用。     

丛枝菌根网络介导的植物间信号交流研究进展及展望

丛枝菌根(arbuscularmycorrhizal,AM)真菌是一类能够与绝大多数陆地植物形成共生关系的土壤真菌,其根外菌丝可以侵染不同植物根系且可以进行菌丝融合,从而形成丛枝菌根网络(arbuscular mycorrhizal networks, AMNs)。AMNs可以在植物之间转运水分及营养元素如碳(C)、氮(N)、磷(P)等,最近研究表明AMNs还可以在植物遭受环境胁迫时向邻近植物传递防御信号,对周围植物起到“预警”作用。目前,关于环境胁迫条件下AMNs介导的信号物质传递研究仍处于起步阶段,许多问题亟待回答。该文首先回顾了目前有关AMNs介导的信号物质传递研究进展,继而梳理了这一研究领域值得进一步探究的科学问题,包括AMNs在植物间传递防御信号的可能途径及相关机制, AMNs介导的信号传递对菌根共生体系的可能影响,以及AMNs研究中常用的技术及其发展,最后讨论了AMNs介导的信号物质传递在作物保护等方面的可能应用。     

丛枝菌根真菌提高植物耐盐性的作用机制

本文阐述了盐胁迫对丛枝菌根真菌(AMF)生理生态学效应的影响以及对植物的促生作用,并从营养吸收、渗透调节、抗氧化物酶、激素及基因表达等几方面综述了国内外关于AMF提高植物耐盐性生理及分子机制的研究进展,指出目前该领域研究中尚需解决的问题.     

Current developments in arbuscular mycorrhizal fungi research and its role in salinity stress alleviation: a biotechnological perspective

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form widespread symbiotic associations with 80% of known land plants. They play a major role in plant nutrition, growth, water absorption, nutrient cycling and protection from pathogens, and as a result, contribute to ecosystem processes. Salinity stress conditions undoubtedly limit plant productivity and, therefore, the role of AMF as a biological tool for improving plant salt stress tolerance, is gaining economic importance worldwide. However, this approach requires a better understanding of how plants and AMF intimately interact with each other in saline environments and how this interaction leads to physiological changes in plants. This knowledge is important to develop sustainable strategies for successful utilization of AMF to improve plant health under a variety of stress conditions. Recent advances in the field of molecular biology, “omics” technology and advanced microscopy can provide new insight about these mechanisms of interaction between AMF and plants, as well as other microbes. This review mainly discusses the effect of salinity on AMF and plants, and role of AMF in alleviation of salinity stress including insight on methods for AMF identification. The focus remains on latest advancements in mycorrhizal research that can potentially offer an integrative understanding of the role of AMF in salinity tolerance and sustainable crop production.     

柑橘丛枝菌根发育状况田间调查

对湖北省秭归县柑橘良种示范场、三溪河和邓加坡3个采样点的不同柑橘品种的菌根发育状况进行田间调查。结果表明,调查的柑橘均被丛枝菌根真菌侵染,其发育状况因品种、立地条件而异。在3个采样点中,以柑橘良种示范场的枳/罗伯逊脐橙36号/卡特夏橙菌根侵染率最高;以柑橘良种示范场的枳/罗伯逊脐橙36号/脐血橙根际的孢子密度最高。菌根侵染率与孢子密度间没有显著相关性。     

Apoplastic plant subtilases support arbuscular mycorrhiza development in Lotus japonicus

In the arbuscular mycorrhiza (AM) symbiosis, plant roots accommodate Glomeromycota fungi within an intracellular compartment, the arbuscule. At this symbiotic interface, fungal hyphae are surrounded by a plant membrane, which creates an apoplastic compartment, the periarbuscular space (PAS) between fungal and plant cell. Despite the importance of the PAS for symbiotic signal and metabolite exchange, only few of its components have been identified. Here we show that two apoplastic plant proteases of the subtilase family are required for AM development. SbtM1 is the founder member of a family of arbuscular mycorrhiza-induced subtilase genes that occur in at least two clusters in the genome of the legume Lotus japonicus . A detailed expression analysis by RT-PCR revealed that SbtM1 , SbtM3 , SbtM4 and the more distantly related SbtS are all rapidly induced during development of arbuscular mycorrhiza, but only SbtS and SbtM4 are also up-regulated during root nodule symbiosis. Promoter–reporter fusions indicated specific activation in cells that are adjacent to intra-radical fungal hyphae or in cells that harbour them. Venus fluorescent protein was observed in the apoplast and the PAS when expressed from a fusion construct with the SbtM1 signal peptide or the full-length subtilase. Suppression of SbtM1 or SbtM3 by RNAi caused a decrease in intra-radical hyphae and arbuscule colonization, but had no effect on nodule formation. Our data indicate a role for these subtilases during the fungal infection process in particular arbuscule development.     

丛枝菌根真菌-豆科植物-根瘤菌共生体系的研究进展

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF）-豆科植物-根瘤菌（Rhizobia）三者形成的共生体。是植物与微生物共生中的一种特殊类型。本文对这种共生体中微生物与植物之间的营养关系;AMF和根瘤菌双接种豆科植物的效应以及影响双接种效应的因素;AMF和根瘤菌在与豆科植物形成共生过程中的分子互作机制等进行了综述。同时对这种共生体还需进一步研究的问题及其在基础研究和实践应用方面的前景进行了讨论。     

丛枝菌根真菌与植物共生对植物水分关系的影响及机理

自1885年Frank首次提到菌根(mykorhiza)概念以来,大量的试验证实了丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系之间形成具有一定结构和功能的共生体,促进植物生长并提高干旱耐受能力,在干旱生态系统中发挥重要的作用。该研究多集中在对宿主植物生理生态的影响及其机制方面,然而菌根共生对宿主植物水分吸收和信号产生、传递的影响研究少而分散,缺少系统总结。综述了最近四十多年丛枝菌根真菌与植物共生体对宿主植物干旱适应性影响研究进展,讨论了菌根共生对植物根冠通讯的影响及机理。干旱胁迫下AMF与植物共生,通过影响宿主植物一系列生理生态过程,提高宿主植物横向根压和纵向蒸腾拉力。经典的Ohm吸水模型是该方向最有代表性的研究成果,该模型揭示了菌根共生的根外菌丝具有不同于根细胞的细胞结构和水分运输性能,这为宿主植物提供一种特殊的快速吸水方式,可提高植物对土壤水分的吸收和运输能力。研究表明,AMF会影响宿主植物根冠通讯过程,如诱发信号级联反应,诱导根系尽早感知水分胁迫并产生非水力根源信号,提高宿主对干旱的耐受性。讨论了AMF在根冠通讯分子机制研究方面存在的问题及可能的解决途径,展望了AMF在干旱农业生产中的应用潜力。     

丛枝菌根共生体中碳、氮代谢及其相互关系

丛枝菌根共生体(arbuscular mycorrhiza, AM)是丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与宿主植物之间形成的互惠共生形式.共生体中的碳、氮交换和代谢影响着宿主植物和共生真菌之间的营养平衡和资源重新分配,在物质和能量循环中发挥着重要作用.宿主植物光合固定的碳输送到真菌内,并且分解和释放真菌所需的生命物质和能量,包括促进孢子萌发、菌丝生长和提高氮等营养元素的吸收;而菌根真菌利用宿主植物提供的碳骨架和能量,发生氮的转化和运输,最终传递给宿主植物供其利用.本文综述了丛枝菌根共生体中碳、氮传输和代谢的主要模式,碳、氮的交互影响和调控机制,以促进丛枝菌根在可持续农业和生态系统中的应用.