由真菌引起的霉菌和疾病会严重影响水果和蔬菜的保质期。不过，有些真菌会通过帮助植物存活而使其宿主受益。Colletotrichum tofieldiae（Ct）是一种根霉菌，即使植物缺乏磷这种光合作用和生长所需的重要养分，它也能支持植物继续生长。

这些图像显示，有害的 Ct3 大大限制了根系的生长，而有益的 Ct 则大大增加了芹菜根系的生长。图片来源：2023, K. Hiruma

研究人员研究了这种真菌的一种独特致病菌株，称为 Ct3，它反过来抑制植物生长。通过比较有益和有害的 Ct 菌株，他们发现单个真菌次生代谢基因簇的激活决定了真菌对寄主植物的负面影响。

当该基因簇被破坏时，无论是基因破坏还是环境改变，真菌的行为都会从抑制生长变为促进生长。了解这样的机制有助于我们利用真菌对食物的有益作用，从而减少食物浪费。

当新鲜草莓发霉变质，或者葡萄在果盘底部变成灰色干瘪时，总会让人感到有些失望和不快。罪魁祸首通常是一种名为灰霉病菌的致病真菌，它在全球范围内对粮食作物造成严重破坏，并且很容易通过风和土壤传播。

不过，有许多真菌与其寄主植物之间的关系破坏性较小，甚至可以形成伙伴关系，帮助植物茁壮成长。促进真菌的有益特性，抑制不良结果（如发霉的水果），将大大有助于全球粮食安全，并有助于减少大量的粮食浪费。

研究启示

"植物相关真菌的感染生活方式多种多样，从互利（有益）到致病（有害），取决于宿主的环境。然而，人们对这些微生物在这些不同生活方式中的转运机制仍然知之甚少，"东京大学艺术与科学研究生院的 Kei Hiruma 副教授说。

"我们利用比较转录组学分析方法分析了一种叫做Colletotrichum tofieldiae的根部真菌的不同菌株的遗传信息，这使我们能够研究每种菌株之间基因表达的差异。令人惊讶的是，我们发现一个名为 ABA-BOT 的单一真菌次生代谢基因簇完全决定了真菌对宿主植物是表现出致病性还是互惠性状"。

Colletotrichum tofieldae 是一种真菌，当植物缺磷时，它通常会给植物带来益处，帮助植物在缺乏这种重要养分的情况下茁壮成长。它甚至被证明可以提高玉米和西红柿等重要经济作物的生长和产量。

在这项研究中，多机构研究小组使用芹菜作为宿主植物，并从不同的地理位置获取了六种 Ct 菌株进行感染。如预期的那样，五株菌株明显促进了植物的生长，但第六株菌株（称为 Ct3）被发现抑制了养分的吸收，抑制了植物的生长，并导致了疾病症状。那么，是什么导致了这一巨大变化呢？

发现和影响

"我们发现了两个关键点： 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 能诱导寄主植物的 ABA 信号途径，真菌通过该途径抑制植物生长，"Hiruma 解释道。研究人员发现，Colletotrichum tofieldae的致病菌株和互生菌株都含有ABA-BOT基因簇，但互生菌株没有表达该基因簇，也就是说，这些基因没有被激活。这一发现令人大吃一惊，因为人们通常认为病原体和互生菌具有截然不同的特征，但这些发现表明它们之间的关系更为复杂。

当基因簇被破坏时，无论是在基因水平上还是通过改变植物的环境，Ct3 都会变得非致病性，甚至对宿主有益，促进根系生长。尽管还需要进一步研究，但 ABA-BOT 基因簇似乎可能有助于 Ct 菌种以外的多种真菌的致病。

例如，它可能参与了困扰我们家庭水果和蔬菜的灰霉病的致病过程。"如果我们能全面了解真菌次生代谢基因簇的调控机制，我们就能设计出一种方法，选择性地抑制有益真菌的潜在致病机理，优化它们在农业中的利用，充分发挥土壤生态系统中天然存在的微生物多样性的潜力，"Hiruma 说。"我逐渐认识到，即使是病原体，在其生命周期的大部分时间里也会表现出无害的特性。事实上，我开始考虑这样一种可能性，即我们传统上所说的病原体在其他条件下实际上可能是有益微生物。"