一项关于细菌和真菌共存的新研究表明，互利、有效的共生关系可能非常脆弱。耶拿莱布尼茨天然产物研究和感染生物学研究所(Leibniz-HKI)的研究人员发现，只有当细菌产生某种蛋白质时，Mycetohabitans rhizoxinica细菌才能在真菌小孢子菌的菌丝中快乐地生活。
在共生中，两种生物体联合在一起并相互受益;在内共生中，其中一种生物体进一步采用这一策略，生活在另一种生物体内。在某些情况下，它们离不开彼此，例如真菌小孢子根霉和细菌根霉菌(以前称为(帕拉)根霉伯克霍尔德氏菌)。这种真菌会引起稻苗枯萎病，每年导致亚洲农作物遭受巨大损失。然而，R. microsporus只能与M. rhizoxinica一起做到这一点：细菌产生植物毒素，经真菌处理并释放。没有细菌，真菌就无法再形成孢子并有效传播。作为回报，它为其内共生体提供营养。
“在野外，两者总是共生，”莱布尼茨-HKI 生物分子化学系博士后研究员 Ingrid Richter 解释道。然而，在实验室里，研究人员成功地单独培养了它们。“因此，我们知道细菌仍然能够感染真菌，”里克特说。
从寄生到共生?
研究小组现在发现一种特定的细菌蛋白，或更准确地说是一种效应蛋白，维持着共生关系。如果研究人员使所谓的 TAL 效应器 1 (MTAL1) 失活，细菌就会不受控制地繁殖，真菌就会用新的细胞壁封闭部分菌丝。现在被捕获的细菌随后死亡。Richter 说：“这些 TAL 效应器来自各种感染植物的细菌，它们允许细菌侵入植物细胞。”
就R. microsporus和M. rhizoxinica而言，最初的寄生关系可能已经转变为共生关系。事实上，如果效应蛋白不存在，细菌可以继续感染真菌——也就是说，它们“融化”细胞壁并穿透真菌菌丝。然而，它们随后被真菌视为寄生的。只有当TAL效应器存在时，共生才稳定。里克特说：“这表明，一种对双方都有利的共生关系与一种可能对一方不利的寄生关系之间的平稳过渡。”
近距离显微镜观察
为了能够更仔细地观察感染过程，研究人员开发了一种复杂的系统：他们在通道非常狭窄的微流控芯片中培养真菌。在一个通道中，只有单个真菌菌丝的空间。然后他们添加细菌并在显微镜下观察感染过程几个小时。“由于这种设计，丝状菌丝不会在彼此之上生长，因此我们可以准确地看到发生了什么，”里克特解释道。例如，她能够证明，当 TAL 效应器关闭时，真菌会在菌丝中形成额外的横向壁，并且在以这种方式分隔的区域中存在特别大量的细菌。“使用某些染料，我们可以看到捕获的细菌在几个小时后就会死亡。”
研究人员现在希望进一步研究效应蛋白触发的细胞过程。Richter 说：“我们怀疑 TAL 效应子与真菌基因组结合，因为这是这些蛋白质的典型特征，但我们不知道在哪里。” 原因之一是小孢子菌的基因组尚未完全解码。
研究结果为在进化中发挥重要作用的内共生伙伴关系提供了新的见解。例如，今天的线粒体(植物、动物和真菌细胞的能量提供者)最初可能是内共生体。它们拥有自己的DNA，但长期以来无法独立生存——与M. rhizoxinica不同。“此外，通过密切的显微镜观察，我们已经了解了很多不同类型的菌丝在真菌菌丝体中的功能，例如营养物质的运输，”里克特解释道。
这项研究工作得到了欧盟玛丽·斯克沃多夫斯卡·居里 (Marie Skłodowska-Curie) 为英格丽·里希特 (Ingrid Richter) 提供的资助、德国微宇宙卓越集群平衡研究基金会、ChemBioSys 合作研究中心、耶拿微生物通讯学院、莱布尼茨奖的支持该研究由研究领导者克里斯蒂安·赫特维克 (Christian Hertweck) 和瑞士国家科学基金会提供。
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