稳定同位素示技术揭示脂肪酸代谢流如何研究植物白粉病

植物可通过与菌根真菌共生高效率地从土壤中获得磷和氮等营养;同时植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。传统理论认为糖是植物为菌根真菌提供碳源营养的主要形式。然而多年来，研究人员一直没有找到相关的糖转运蛋白。

作者结合稳定同位素示踪代谢流技术首次揭示了在丛枝菌根真菌与植物的共生过程中，脂肪酸是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式，并发现脂肪酸作为碳源营养在植物-白粉病互作中起重要作用。

通过碳13同位素标定实验，在实验体系中用碳13同位素标同时标定甘油(代表脂肪酸)和葡萄糖，但是最终在丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal，AM)中主要检测到的是脂肪酸而不是糖，该结果首次否定了糖是植物传递给菌根真菌主要的碳源形式。

图1 同位素标记中碳位置示意图

采用遗传学、分子生物学及代谢生物学的手段研究发现，植物宿主的脂肪酸合成对于丛枝菌根真菌共生是必须的，并且植物合成的脂肪酸能够直接传递给菌根真菌。进一步的研究发现植物基因合成的一类特殊脂肪酸分子被植物的转运蛋白STR-STR2转运给菌根真菌。

图2 脂肪酸是植物传递给菌根真菌的碳源

该研究系统揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要传递形式，推翻了传统认识。同时研究还发现，通过降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的转运，能够有效地抑制病原真菌的致病性。该机理为将来选育抗真菌病害作物提供了有利的支撑。