叶分子作为菌根关联的标记

在自然界中，大多数植物与根真菌(所谓的菌根)建立了相互关系。菌根真菌促进植物的养分吸收，并帮助它们在极端条件下茁壮成长。德国耶拿马克斯普朗克化学生态研究所的研究人员发现，某些叶子代谢产物可用作菌根关联的标记。叶面标记的发现为科学家们提供了一种易于操作的工具，可以筛选出大量的植物，用于菌根关联而不必破坏它们。这种新工具有助于为可持续农业培育更有效和耐压的作物品种。

植物与所谓的丛枝菌根真菌之间的关系被认为是陆生植物进化的最重要因素之一。超过70%的高等植物与这些真菌建立了联系，据信这些真菌已超过4亿年。共生关联使植物能够更好地吸收磷酸盐等营养物质。此外，共生使植物更能耐受生物和非生物胁迫，如昆虫袭击，病原体和干旱。

对于植物育种者来说，菌根真菌非常重要，因为全球磷酸盐资源有限。然而，直到现在才能通过挖掘植物根来分析真菌结合。这不仅耗时;它也摧毁了植物。

马克斯普朗克化学生态研究所的科学家们及其合作伙伴现已发现，当丛枝菌根真菌成功定植于植物根部时，叶子中会积聚物质。一段时间以来，已知这些物质，即所谓的blumenol C衍生物，仅在用共生真菌定殖后才在根中产生。但是，到目前为止，所有寻找可靠且特定的叶标记的尝试都失败了。

对于他们的研究，研究人员用高度敏感的技术分析了叶子物质，并将它们与来自未能建立真菌联系的植物的叶子化合物进行了比较。“通过有针对性和高灵敏度的质谱分析，我们能够在植物的地上部分找到菌根特异性的变化，”Jena Max Planck研究所的Ming Wang描述了意外的发现。进一步的实验证实观察到的变化与根殖民化菌根真菌有关。“豆甾醇最有可能在根部产生，然后运输到植物的其他部分，”MartinSchäfer解释说。

大多数生态相互作用是高度物种特异性的然而，科学家们能够在其他植物物种的叶组织中显示出蓝霉素积累，包括重要的作物品种和蔬菜。在遥远植物家族的枝条中无处不在的标记可能是由于菌根真菌和植物的长期共同历史，这表明这些标记在丛枝菌根真菌定植的植物中起重要作用。

无论这些物质的功能如何，该方法都提供了一种强大且易于应用的工具，有可能从根本上改变菌根研究和植物育种的未来。分子生态学系主任Ian Baldwin总结了新的可能性：“我们对丛枝菌根真菌定殖的诊断标记对于研究菌根协会非常有用，不仅对于依赖于高通量筛选的育种计划，而且对于从植物到植物通过真菌网络传递的信息的基本问题的基础研究也是非常有用的。“磷酸盐是一个主要成分化肥因此对农业和粮食生产不可或缺。然而，磷酸盐矿床有限，往往位于冲突地区。专家们已经在谈论磷酸盐短缺，因此肥料可能导致全球粮食危机。筛选方法可以帮助培育更能与菌根真菌协商良好关系的植物，从而更有效地获得磷酸盐。

在进一步的步骤中，研究人员希望阐明由真菌定植引起的blumenol积累的作用，并找出blumenols是否也可以作为植物根和叶之间的信号分子。他们还计划使用新方法研究关于相同物种的不同植物和不同物种的植物在关节真菌网络上的交流的基本问题。