本文來源于：iPlants公衆号
近幾年，來自中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤課題組在植物根瘤共生和菌根共生領域取得兩項可以寫入教科書級的研究成果，具體如下。此外，王二濤研究員也是第二屆“科學探索獎”的獲得者，肯定他在植物-微生物共生營養交換和菌根共生信号受體發現方面的貢獻。
1. 2017年6月8日，中科院植物生理生态研究所王二濤研究員課題組在Science雜志上發表的題為“Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi”的論文，首次揭示了在叢枝菌根真菌與植物的共生過程中，脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式，并發現脂肪酸作為碳源營養在植物-白粉病互作中起重要作用，推翻了百年來教科書中的“糖”理論。
菌根共生是植物與菌根真菌建立的互惠互利的同盟，也是自然界最為廣泛的共生形式。傳統理論認為糖是植物為菌根真菌提供碳源營養的主要形式，然而多年來的研究人員一直沒有找到相關的糖轉運蛋白。
在這項研究中，王二濤團隊通過C13同位素标定實驗，在實驗體系中用C13同位素标同時标定甘油（代表脂肪酸）和葡萄糖，但是最終在叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal，AM）中主要檢測到的是脂肪酸而不是糖，該結果進而首次否定了糖是植物傳遞給菌根真菌主要碳源形式。
同時，研究者采用遺傳學、分子生物學及代謝生物學的手段研究發現，植物宿主的脂肪酸合成對于叢枝菌根真菌共生是必須的，并且植物合成的脂肪酸能夠直接傳遞給菌根真菌。進一步的研究發現植物基因合成的一類特殊脂肪酸分子（2-monoacylglycerol，2-單酰甘油，由RAM2催化合成），被植物的轉運蛋白STR-STR2（一類ABC轉運蛋白）轉運給菌根真菌。該研究系統揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要傳遞形式，推翻了傳統認識，對于了解生态系統的碳氮循環具有重要的意義。
圖一：脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的碳源
同時研究還發現，在植物病原真菌互相作用中，病原真菌和寄主植物争奪脂肪酸作為其生長的碳源，進而侵染植物，造成作物的減産。通過降低植物病原真菌互相作用中脂肪酸的轉運，能夠有效的抑制病原真菌的緻病性。該機理的揭示有助于将來選育抗真菌病害作物，也為“綠色農業”提供了有利的支撐。
2. 2020年12月10日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在Nature上發表論文“An SHR-SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation”，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子子產品，使其有别于非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了“為什麼豆科植物能結瘤固氮”這一百年難題。該研究成果注定是要被寫進教科書裡的内容。
SHR-SCR是植物發育的幹細胞程式關鍵子產品，在植物幹細胞區域和内皮層表達。該研究發現在豆科植物進化過程中，豆科植物幹細胞關鍵基因SCR在皮層細胞表達，另一個幹細胞關鍵轉錄因子SHR在維管束表達後移動到皮層細胞，這樣豆科植物的皮層細胞獲得了SHR-SCR幹細胞分子子產品。該幹細胞分子子產品賦予豆科植物皮層細胞分裂能力，使豆科植物的皮層與非豆科植物不同。同時，該幹細胞分子子產品能夠被根瘤菌的信号激活，誘導豆科植物苜蓿的皮層分裂，形成根瘤。
根瘤菌（藍色）
侵染根瘤器官
豆科植物根瘤發育機制
當在豆科植物苜蓿根中過量表達SHR-SCR分子子產品時，可以誘導皮層細胞分裂形成根瘤樣結構。在非豆科植物拟南芥和水稻根中異位過量表達SHR-SCR分子子產品同樣可以誘導根皮層細胞分裂，是以SHR-SCR分子子產品是植物皮層細胞分裂的充分必要條件，表明豆科植物的皮層細胞獲得了SHR-SCR幹細胞程式子產品可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件。
此外，我們轉載了2017年科技日報報道一篇關于王二濤研究員的文章（記者 王春），我們可以從中可以看出王二濤研究員是一個專注科研的真正學者。
王二濤，生于1979年9月，系中科院上海植物生理生态研究所研究員，主要從事植物和微生物共生的分子機理研究。
很多見過王二濤的人都說，他不像個學者。走路腳底“帶風”，身穿藍色T恤、腳踩沙灘鞋，眼前的王二濤的确有些“随意”。
這位中國科學院上海植物生理生态研究所研究員颠覆了記者對學者的印象，就像他颠覆了植物—真菌共生領域延續了百年的傳統理論一樣。
不久前，王二濤團隊發現了脂肪酸是植物與菌根真菌共生體系中碳源的主要傳遞形式，推翻了百年來教科書中的“糖”理論。近日，這一成果被收錄進《科學》雜志。
王二濤拿起一本有關植物共生的英文原版書，一下翻到标有共生體系營養傳遞圖的那一頁。他指着圖說：“很快，這裡就會被改寫！”
眼神堅定，一如幾年前他的猜想被所有人輕視的那一刻。
跨過思維的高山
2010年，王二濤正在英國做博士後。在克隆一些共生植物基因時，王二濤發現，有些問題根本無法用已有的“糖”理論解釋。
菌根是自然界中普遍存在的一種共生現象，它是由土壤中的真菌與高等植物根系形成的一種共生體。
自然界中，80%—90%的植物都有菌根共生現象。1885年，這種共生體被首次發現并命名為“菌根”。植物可通過與菌根真菌共生，從土壤中獲得更多營養，同時把20%左右的光合作用産物傳遞給菌根真菌，供其生長。
有趣的是，盡管許多科學家一直沒找到糖的轉運蛋白，不知道糖究竟從何而來，卻堅持認為：碳水化合物是植物為共生的菌根真菌提供碳源營養的主要形式。多年來，也很少有人提出質疑。
1999年，有科學家通過碳标定實驗得出“糖可能是碳源營養的主要形式”這一結論。雖然并不是直接的證據，但科學界對此深信不疑。
菌根真菌的脂肪酸主要由植物合成，一直以來，人們都認為脂肪酸隻用來合成真菌的細胞膜。那麼，營養源有可能是脂肪酸嗎？當時，王二濤腦子裡突然蹦出這個猜想。
颠覆，往往比創新更難。
一個看似水到渠成的推測，卻被傳統理論的高牆阻隔。看似一步之遙，實則卻要跨過思維的高山。
為了驗證自己的猜想，王二濤開始主動探索。“當時我的研究方向不是代謝，對這個領域并不熟悉。”王二濤回憶說，為了了解脂肪酸的代謝機制，他花了大約半年時間查文獻、找資料。同學、老師，不管逮着誰都要問一遍：“這種想法有可能嗎？”然而，得到的積極回應寥寥，大多數人并不當回事兒。
一直到2013年，王二濤學成回國，組建了自己的研究組，終于有條件驗證當年的猜想了。“中國科研正處于發展黃金期，經費啟動、團隊配備都很快。”他說。
王二濤像一把利刃，刺向傳統理論的圍牆。
從未想過轟轟烈烈
說到和生物的緣分，王二濤直言，自己和生物算不上有什麼“不解之緣”。大學選擇生物專業并非出于自願，而是“調劑過來的”。“非要說有的話，我是農村出身，見慣了玉米、大豆等莊稼，覺得很親切。”
從讀研開始，王二濤的研究領域一直沒怎麼變。“當初選擇研究植物，主要是因為做動物實驗我有點下不了手。”聽着像在開玩笑，王二濤卻一本正經，眼神幹淨得像個孩子。
王二濤的名片上，除了博士和研究員，再沒有其他頭銜。“我沒什麼野心，更沒想過要做什麼轟轟烈烈的大事。”王二濤淡淡地說。
正是抱着這樣的心态，4年來，王二濤團隊通過穩定同位素标定實驗，發現植物的脂肪酸合成對菌根真菌共生的必要性，而且有一類特殊的脂肪酸分子通過植物的轉運蛋白，能直接傳遞給菌根真菌。該研究系統地揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要傳遞形式，首次推翻了百年來被寫進教科書的傳統認識。
不久前，這一發現被刊發在《科學》雜志上。王二濤難掩激動，這是他從業以來，論文從投稿到被接受最快的一次，前後隻用了2個多月。
除了改寫教科書的理論，研究還發現，脂肪酸對預防植物的白粉病有重要作用。
抛卻功利，摒除一切雜念，以赤子之心擁抱科研。在王二濤的眼裡，科研生活像是一碗水，雖略顯乏味，卻簡單純粹，喝多了也會覺得甘甜。
這或許是做研究最好的狀态。
學術理念一脈相承
2003年大學畢業後，王二濤被推免到中科院上海生命科學研究院讀書。作為王二濤的導師，何祖華當時博士畢業沒幾年，來研究所時間不長。
“在研究所那些年，何老師為我奠定了很好的基礎。”在這裡，他感受到開放而自由的氛圍，這些在王二濤看來是老師給予學生最寶貴的東西。“有了好想法，何老師就會鼓勵我們去做。”王二濤說。
何祖華的研究方向是植物抗病信号轉導，但當時王二濤對水稻馴化更感興趣，而且當時研究的人不多，于是何祖華鼓勵他說：“大膽去做吧！”
十年一輪回。2013年，王二濤又回到了研究所，自己也帶起了研究所學生。王二濤說，除了搞科研，實驗室還要培養優秀的青年科學家。如今，王二濤也像當年導師一樣，給學生創造自由的學術氛圍。
“等我到了何老師這個年紀，要是沒能培養出幾個教授、研究員，那就太失敗了。”王二濤頓了一下，眼神堅定地說：“得把這種學術理念傳承下去。”
王二濤博士簡介：
中科院分子植物科學卓越創新中心研究員，國家基金委“傑出青年基金”獲得者。主要從事豆科植物-根瘤共生固氮及植物-叢枝菌根真菌共生方面的研究。建立以脂肪酸為核心的植物-叢枝菌根真菌共生營養交換與調控的理論模型；發現菌根因子受體及受體複合，并解析了菌根因子信号轉導途徑等。研究成果發表在Science, Nature, Molecular Plant, The Plant Cell, Cell Research等國際主流學術期刊上，對植物-微生物共生領域有重要影響。獲2014年“國家自然科學獎二等獎”， 2018年“中國青年科技獎”， 2019年“CSPB傑出青年科學家獎”和2020年“科學探索獎”。
往期精品(點選圖檔直達文字對應教程)
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
背景回複“生信寶典福利第一波”或點選閱讀原文擷取教程合集
（請備注姓名-學校/企業-職務等）