由真菌引起的黴菌和疾病會嚴重影響水果和蔬菜的保質期。不過，有些真菌會通過幫助植物存活而使其宿主受益。Colletotrichum tofieldiae（Ct）是一種根黴菌，即使植物缺乏磷這種光合作用和生長所需的重要養分，它也能支持植物繼續生長。

這些圖像顯示，有害的Ct3 大大限制了根系的生長，而有益的Ct 則大大增加了芹菜根系的生長。圖片來源：2023, K. Hiruma

研究人員研究了這種真菌的一種獨特致病菌株，稱為Ct3，它反過來抑制植物生長。通過比較有益和有害的Ct 菌株，他們發現單個真菌次生代謝基因簇的激活決定了真菌對寄主植物的負面影響。

當該基因簇被破壞時，無論是基因破壞還是環境改變，真菌的行為都會從抑制生長變為促進生長。了解這樣的機制有助於我們利用真菌對食物的有益作用，從而減少食物浪費。

當新鮮草莓發霉變質，或者葡萄在果盤底部變成灰色乾癟時，總會讓人感到有些失望和不快。罪魁禍首通常是一種名為灰黴病菌的致病真菌，它在全球範圍內對糧食作物造成嚴重破壞，並且很容易通過風和土壤傳播。

不過，有許多真菌與其寄主植物之間的關係破壞性較小，甚至可以形成夥伴關係，幫助植物茁壯成長。促進真菌的有益特性，抑制不良結果（如發霉的水果），將大大有助於全球糧食安全，並有助於減少大量的糧食浪費。

研究啟示

“植物相關真菌的感染生活方式多種多樣，從互利（有益）到致病（有害），取決於宿主的環境。然而，人們對這些微生物在這些不同生活方式中的轉運機制仍然知之甚少， “東京大學藝術與科學研究生院的Kei Hiruma 副教授說。

“我們利用比較轉錄組學分析方法分析了一種叫做Colletotrichum tofieldiae的根部真菌的不同菌株的遺傳信息，這使我們能夠研究每種菌株之間基因表達的差異。令人驚訝的是，我們發現一個名為ABA-BOT 的單一真菌次生代謝基因簇完全決定了真菌對宿主植物是表現出致病性還是互惠性狀”。

Colletotrichum tofieldae 是一種真菌，當植物缺磷時，它通常會給植物帶來益處，幫助植物在缺乏這種重要養分的情況下茁壯成長。它甚至被證明可以提高玉米和西紅柿等重要經濟作物的生長和產量。

在這項研究中，多機構研究小組使用芹菜作為宿主植物，並從不同的地理位置獲取了六種Ct 菌株進行感染。如預期的那樣，五株菌株明顯促進了植物的生長，但第六株菌株（稱為Ct3）被發現抑制了養分的吸收，抑制了植物的生長，並導致了疾病症狀。那麼，是什麼導致了這一巨大變化呢？

發現和影響

“我們發現了兩個關鍵點： 首先，在真菌方面，Ct3 能激活ABA-BOT 生物合成基因簇；其次，在植物方面，Ct3 能誘導寄主植物的ABA 信號途徑，真菌通過該途徑抑制植物生長， “Hiruma 解釋道。研究人員發現，Colletotrichum tofieldae的致病菌株和互生菌株都含有ABA-BOT基因簇，但互生菌株沒有表達該基因簇，也就是說，這些基因沒有被激活。這一發現令人大吃一驚，因為人們通常認為病原體和互生菌具有截然不同的特徵，但這些發現表明它們之間的關係更為複雜。

當基因簇被破壞時，無論是在基因水平上還是通過改變植物的環境，Ct3 都會變得非致病性，甚至對宿主有益，促進根系生長。儘管還需要進一步研究，但ABA-BOT 基因簇似乎可能有助於Ct 菌種以外的多種真菌的致病。

例如，它可能參與了困擾我們家庭水果和蔬菜的灰黴病的致病過程。”如果我們能全面了解真菌次生代謝基因簇的調控機制，我們就能設計出一種方法，選擇性地抑制有益真菌的潛在致病機理，優化它們在農業中的利用，充分發揮土壤生態系統中天然存在的微生物多樣性的潛力，”Hiruma 說。”我逐漸認識到，即使是病原體，在其生命週期的大部分時間裡也會表現出無害的特性。事實上，我開始考慮這樣一種可能性，即我們傳統上所說的病原體在其他條件下實際上可能是有益微生物。”