在地球上，植物和真菌之間的關系，遠比我們想象的要復雜、更緊密。它們之間，存在著一種跨越物種的“合作”，科學家們稱之為“共生”。這種共生關系，就像一個精密的“地下網絡”，默默地影響著我們賴以生存的農業，甚至整個生態環境。

說起農業，我們首先想到的，可能是一望無際的農田，以及農民們辛勤勞作的身影。為了讓莊稼長得更好，產量更高，人們發明了各種各樣的肥料。特別是化肥，它就像一種“特效藥”，能夠迅速地給土壤補充養分，讓莊稼長勢喜人。不過，化肥使用過量帶來的問題也逐漸顯現——土地退化（土壤會越來越貧瘠）、水源污染、空氣質量下降以及能源消耗加劇，已經成為困擾農業持續發展的全球性難題。而且，化肥的生產過程需要消耗大量的能源。

在這種背景下，科學家們一直在探索替代方案，希望能在不損害環境的前提下，依然保障作物的健康生長。2025年4月14日，美國索爾克研究所的科學家們宣布了一項突破性發現：他們找到了一種新的植物分子，能夠促進植物與真菌之間的共生關系，為農業生產帶來可持續的解決方案。這是一種植物分泌的小分子肽，名叫CLE16，有能力促進植物與土壤中某些真菌之間的天然共生關系。這種關系本身就存在于自然界中，只是長期以來在人類的農業實踐中逐漸被忽視，甚至在無意間被削弱了。而現在，科學家們正試圖重新“激活”這一機制，讓作物依靠它獲取養分，而不是依賴化肥。

這項研究的關鍵在于植物與一種叫“叢枝菌根真菌”的土壤微生物之間的合作關系。叢枝菌根真菌在自然界中非常常見，它們能夠與大約80%的陸生植物建立共生。這種共生形式其實是一種雙贏的交易。真菌從土壤中吸收植物無法直接獲得的礦物質，比如磷，還能幫助植物更好地吸收水分。作為回報，植物則為真菌提供它們生存所需的碳源，比如糖分。

過去，人們對這種共生機制的研究還不夠深入，尤其是在作物育種過程中，往往更關注產量和抗病性，而忽略了這些看不見的共生特征。結果就是，許多現代農作物雖然產量高，但已經不那么擅長與真菌建立良好的關系。因此，在沒有肥料的幫助下，它們很難從土壤中獲得充足的營養。

▲上圖：科學家喜歡用蒺藜苜蓿（M. truncatula）做實驗，因為它是一種小型豆科植物，具有較強的共生能力，因此常被用作研究植物-真菌共生關系的模式生物。上圖是蒺藜苜蓿的葉和花的樣子。攝影：Ninjatacoshell（CC BY-SA 3.0）

索爾克研究所的植物生物學家穆勒教授和她的研究團隊，決定從最基礎的層面重新審視這種植物與真菌的關系。他們選取了一種名為“蒺藜苜蓿”（Medicago truncatula）的小型豆科植物，作為實驗對象。這種植物在科學研究中廣泛使用，因為它的基因組已被破譯，生命周期短，適合實驗室培養。

研究人員將蒺藜苜蓿與叢枝菌根真菌共同培養，并觀察它們在形成共生關系時發生了哪些變化。他們驚喜地發現，植物在這一過程中大量表達出一種之前研究甚少的小分子信號肽——CLE16。這種信號分子可以被理解為植物發出的“邀請函”，告訴真菌可以放心進入它的根部，與它進行資源交換。

▲上圖：MtCLE16分子在蒺藜苜蓿（M. truncatula）根部細胞中的表達情況，以及它對叢枝菌根（AM）共生關系的積極影響。圖源：DOI: 10.1073/pnas.2422215122

為了進一步驗證CLE16的作用，科學家們做了一個有趣的實驗。他們在土壤中添加了過量的CLE16分子，想看看會發生什么。結果讓他們更加驚喜：額外的CLE16分子，竟然讓真菌的“運輸通道”（也就是叢枝）變得更加強壯，存活的時間也更長了。這直接導致了植物根部中，負責養分交換的“樞紐”（也就是叢枝）的數量大大增加。

這意味著，植物通過這種方式，可以更有效地從土壤中獲取營養。而且更妙的是，這種關系形成后還能自我加強——真菌進入植物根部后，會促使植物分泌更多CLE16，從而吸引更多真菌。就像點燃了一場共生的“正反饋”機制。

研究人員進一步發現，CLE16之所以能起到這樣的作用，是因為它與植物中的一個名為“CRN-CLAVATA”的受體復合體結合。這個復合體本身就是植物感知外界環境變化的重要裝置。當植物受到外界壓力，比如干旱、高溫或病原菌入侵時，它會提高自身的免疫反應，以便更好地保護自己。但是，這種“防御”也會讓植物對本來無害甚至有益的真菌保持戒備，阻礙共生的形成。而CLE16的加入，就像是一種“安撫劑”，幫助植物放松警惕，降低免疫水平，從而接受叢枝菌根真菌的進入。

CLE16的出現，徹底顛覆了科學家們的認知。索爾克研究所的研究人員發現，CLE16不僅不會抑制共生關系，反而會積極地促進它。這項發現，讓科學家們感到非常興奮。這項研究的第一作者，Mueller實驗室的研究生Sagar Bashyal說：“我們發現了第一個真正促進和支持共生的植物CLE肽。從科學的角度來看，獲得這樣一個令人驚訝的新發現，真的非常令人興奮。這是朝著實現可持續的植物-真菌關系邁出的巨大一步。

有趣的是，這項研究還發現，不光植物自己能產生CLE16，叢枝菌根真菌本身也能制造一種類似的“仿制品”。這種真菌版的CLE16分子與植物的CLE16結構相似，作用也幾乎一樣，也可以與植物的CRN-CLAVATA受體結合，促進共生的建立。這說明在漫長的進化過程中，這些真菌已經發展出一套策略，來與植物溝通并獲得“通行證”。

這項研究，為人類解決農業生產中的難題提供了一個新的思路。既然已經證實，植物CLE16分子和真菌產生的類似分子，都能夠促進植物和真菌之間的共生關系，那么我們是否可以通過在農田中補充這些分子，來幫助作物更好地生長呢？科學家們認為，這完全是有可能的。未來的研究，將會驗證CLE16肽或真菌CLE16樣肽的模擬物，是否也能促進大豆、玉米、小麥等重要農作物的共生。如果答案是肯定的，那么，我們就有望利用這些分子，來取代那些不可持續、污染環境的化學肥料，轉而利用有益的真菌，來為農業生產提供更加自然、更加綠色的動力。

本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。供參考。

資訊源 | Salk Institute

文 | 王芊佳

編輯 | Maggie

排版 | 綠葉

參考資料略

來源: 海洋與濕地