微生物所研究团队合作在地衣共生机制研究中取得系列进展

　　地衣共生至少发生在4亿年前，对地球陆地生态系统构建和演替具有重要推动作用。在人类已认识的近2万种地衣型真菌中，90%与绿藻共生。 中国科学院微生物研究所魏江春研究团队以绿藻地衣为研究对象，对菌-藻共生分子机制、驱动因素，以及共生稳态维持的群落组成进行研究，近期取得系列成果。 

　　以石生地衣放射盘石耳为研究模型，对Ump1 MAP激酶在菌-藻互作和初级地衣体形成过程中的分子调控机制进行研究（图1）。研究团队摸索出有利于共生互作和地衣体分化的条件，证明了Ump1 MAP激酶在地衣发育中的重要性。研究发现，在硬性表面菌-藻最初形成类似生物膜状的共生复合体，藻细胞与覆盖有胞外基质的假菌丝交织在一起。在培养过程中控制水分和营养等条件后，菌-藻复合物的表面进一步分化成假薄壁组织，并对其中包裹的藻细胞提供物理保护。而UMP1缺失的突变体在假菌丝生长、生物膜状复合体的形成和初级地衣体的发育等方面有缺陷，在ump1突变体中也无法再观察到菌丝入侵藻分裂过程中的母细胞从而助力形成藻层的现象。 

　　该研究结果于2023年11月1日在线发表于Nature Communications杂志，微生物所王延延副研究员为该文第一作者，普度大学Jin-Rong Xu教授和微生物所魏鑫丽研究员为本文共同通讯作者，微生物所硕士生李荣，普度大学卞祝筠博士、博士生王帝文，微生物所硕士生钱犇参与了本研究，魏江春院士对本研究给予了大力支持。 
　        

　　基于来自森林和荒漠生态系统四种气候带的共球藻共生地衣8目14科28属41种，对可能影响其共生的生物和非生物因素进行了研究。结果显示：参与共生的共球藻物种多样性被大大低估，研究涉及的共球藻物种62%为未被描述的新物种；共生菌和共生藻物种是影响共生关系的最大因素（图2）；温带地区的菌藻共生关系更专一，而干旱地区菌藻选择对应的嵌套值最低，暗示干旱地区菌藻共生专一性强；地衣菌藻之间的共生关系非随机产生，共生藻“loss”和“failure to diverge”事件对菌藻共生影响最大。 

　　该研究结果于2023年9月4日在线发表于Plants杂志，微生物所与西南林业大学联培硕士生左亚波为该文第一作者，微生物所魏鑫丽研究员和刘新展副研究员为本文共同通讯作者，微生物所韩大勇博士，王延延副研究员，杨秋霞助理工程师和任强研究员参与了本研究。 

 

　　以干旱荒漠石果衣属地衣为研究模型，对地衣体共生稳态维持机制提出科学假设：地衣可从环境中定向选择与其共存的微生物，且不受地衣物种影响。团队首次选择地衣生长垂直生态位，不同生长地点及不同物种，收集国内三处典型荒漠中的石果衣120份，基于扩增子测序，对地衣体内共存细菌的组成进行了分析。结果表明石果衣地衣体内存在关键细菌，且关键细菌组成主要由垂直生态位决定，由结皮土逐级过滤而来，具有明显的宿主选择趋势，而与地衣种类无关（图3）。该研究为更好地理解地衣共生体的稳态维持机制和荒漠石果衣结皮群落组装及人工构建提供了重要参考。 

　　该研究结果于2023年10月10日在线发表于iMeta杂志，微生物所硕士生张婷婷为该文第一作者，魏鑫丽研究员为本文通讯作者，奥地利地衣学家Martin Grube教授参与了本研究。 



　 以上研究得到了国家自然科学基金面上项目（32170082, 32070096），中国载人航天工程空间应用系统项目（KJZ-YY-WSM05），北京市自然科学基金面上项目（5232020），中国科学院青年创新促进会（2012076, 2017125），以及中国科学院微生物研究所三年行动计划的资助和支持。 

　　论文链接： 

　　https://doi.org/10.1038/s41467-023-42675-8 

　　https://doi.org/10.3390/plants12173172 

　　https://doi.org/10.1002/imt2.138