海草与卢尔沃西科真菌共生机制的深入研究

《Microbial Ecology》：Insights into the Mechanism Underlying the Symbiosis between Seagrass and a Lulworthiaceae Fungus

　　

摘要

在海草生境中已发现多种真菌，但它们与这些海洋开花植物的相互作用机制至今仍不甚清楚。海草与Lulworthiaceae科真菌之间的共生关系正是此类水下相互作用的典型范例。在本研究中，我们结合UHPLC-MS/MS、转录组学以及植物生长实验，验证了海草Halophila ovalis与Lulworthiaceae科真菌Halophilomyces hongkongensis之间存在共生关系，并阐明了这种关系的作用机制。我们确认H. hongkongensis能够产生植物激素吲哚-3-乙酸（IAA）。通过转录组学分析，我们提出了其IAA生物合成途径。与根际沉积物相比，海草的根/根茎中所有已鉴定出的IAA生物合成基因均处于上调状态，其中色氨酸氨转移酶基因（吲哚-3-丙酮酸途径）的表达量显著上升。此外，H. hongkongensis被证实是一种具有促进植物生长的真菌；其培养液能够促进Arabidopsis thaliana的茎部及侧根/根毛的生长，这一效应与IAA的产生密切相关，在海草中也很可能存在类似情况。除了与IAA相关的分析外，该真菌上调的基因还大量存在于色氨酸代谢、淀粉/蔗糖代谢以及DNA复制等途径中。综合这些结果可以看出，H. hongkongensis通过上调IAA生物合成基因并分泌IAA，与H. ovalis建立了促进生长的共生关系；作为回报，宿主则为真菌提供碳水化合物，以维持其代谢并支持活跃的DNA复制。本研究首次从机制层面证实了海草与Lulworthiaceae科真菌之间的共生关系，极大地提升了我们对海洋植物-真菌相互作用的理解。同时，它也首次证明了隐秘的海洋真菌家族Lulworthiaceae科中的某类真菌具有与IAA相关的促进植物生长的能力。