植物vs真菌：神奇小分子信号肽CLE16，让农作物自己“找营养”！

摘要：▲上图：真菌在地球生态系统中扮演着分解者、共生者和病原体等多种角色，对维持生态平衡至关重要。上图是哥伦比亚波哥大植物园中“真菌生命之树”的一张海报，突出了真菌的宏观多样性。©摄影：CBD COP16绿会代表何靖霄 | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWe

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：

作者 | 王芊佳

▲上图：真菌在地球生态系统中扮演着分解者、共生者和病原体等多种角色，对维持生态平衡至关重要。上图是哥伦比亚波哥大植物园中“真菌生命之树”的一张海报，突出了真菌的宏观多样性。©摄影：CBD COP16绿会代表何靖霄 | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

本文约2600字，阅读约6分钟

在地球上，植物和真菌之间的关系，远比我们想象的要复杂、更紧密。它们之间，存在着一种跨越物种的“合作”，科学家们称之为“共生”。这种共生关系，就像一个精密的“地下网络”，默默地影响着我们赖以生存的农业，甚至整个生态环境。

说起农业，我们首先想到的，可能是一望无际的农田，以及农民们辛勤劳作的身影。为了让庄稼长得更好，产量更高，人们发明了各种各样的肥料。特别是化肥，它就像一种“特效药”，能够迅速地给土壤补充养分，让庄稼长势喜人。不过，化肥使用过量带来的问题也逐渐显现——土地退化（土壤会越来越贫瘠）、水源污染、空气质量下降以及能源消耗加剧，已经成为困扰农业持续发展的全球性难题。而且，化肥的生产过程需要消耗大量的能源。

在这种背景下，科学家们一直在探索替代方案，希望能在不损害环境的前提下，依然保障作物的健康生长。2025年4月14日，美国索尔克研究所的科学家们宣布了一项突破性发现：他们找到了一种新的植物分子，能够促进植物与真菌之间的共生关系，为农业生产带来可持续的解决方案。这是一种植物分泌的小分子肽，名叫CLE16，有能力促进植物与土壤中某些真菌之间的天然共生关系。这种关系本身就存在于自然界中，只是长期以来在人类的农业实践中逐渐被忽视，甚至在无意间被削弱了。而现在，科学家们正试图重新“激活”这一机制，让作物依靠它获取养分，而不是依赖化肥。

这项研究的关键在于植物与一种叫“丛枝菌根真菌”的土壤微生物之间的合作关系。丛枝菌根真菌在自然界中非常常见，它们能够与大约80%的陆生植物建立共生。这种共生形式其实是一种双赢的交易。真菌从土壤中吸收植物无法直接获得的矿物质，比如磷，还能帮助植物更好地吸收水分。作为回报，植物则为真菌提供它们生存所需的碳源，比如糖分。

过去，人们对这种共生机制的研究还不够深入，尤其是在作物育种过程中，往往更关注产量和抗病性，而忽略了这些看不见的共生特征。结果就是，许多现代农作物虽然产量高，但已经不那么擅长与真菌建立良好的关系。因此，在没有肥料的帮助下，它们很难从土壤中获得充足的营养。

▲上图：科学家喜欢用蒺藜苜蓿（M. truncatula）做实验，因为它是一种小型豆科植物，具有较强的共生能力，因此常被用作研究植物-真菌共生关系的模式生物。上图是蒺藜苜蓿的叶和花的样子。摄影：Ninjatacoshell（CC BY-SA 3.0）

索尔克研究所的植物生物学家穆勒教授和她的研究团队，决定从最基础的层面重新审视这种植物与真菌的关系。他们选取了一种名为“蒺藜苜蓿”（Medicago truncatula）的小型豆科植物，作为实验对象。这种植物在科学研究中广泛使用，因为它的基因组已被破译，生命周期短，适合实验室培养。

研究人员将蒺藜苜蓿与丛枝菌根真菌共同培养，并观察它们在形成共生关系时发生了哪些变化。他们惊喜地发现，植物在这一过程中大量表达出一种之前研究甚少的小分子信号肽——CLE16。这种信号分子可以被理解为植物发出的“邀请函”，告诉真菌可以放心进入它的根部，与它进行资源交换。

▲上图：MtCLE16分子在蒺藜苜蓿（M. truncatula）根部细胞中的表达情况，以及它对丛枝菌根（AM）共生关系的积极影响。图源：DOI: 10.1073/pnas.2422215122

为了进一步验证CLE16的作用，科学家们做了一个有趣的实验。他们在土壤中添加了过量的CLE16分子，想看看会发生什么。结果让他们更加惊喜：额外的CLE16分子，竟然让真菌的“运输通道”（也就是丛枝）变得更加强壮，存活的时间也更长了。这直接导致了植物根部中，负责养分交换的“枢纽”（也就是丛枝）的数量大大增加。

这意味着，植物通过这种方式，可以更有效地从土壤中获取营养。而且更妙的是，这种关系形成后还能自我加强——真菌进入植物根部后，会促使植物分泌更多CLE16，从而吸引更多真菌。就像点燃了一场共生的“正反馈”机制。

研究人员进一步发现，CLE16之所以能起到这样的作用，是因为它与植物中的一个名为“CRN-CLAVATA”的受体复合体结合。这个复合体本身就是植物感知外界环境变化的重要装置。当植物受到外界压力，比如干旱、高温或病原菌入侵时，它会提高自身的免疫反应，以便更好地保护自己。但是，这种“防御”也会让植物对本来无害甚至有益的真菌保持戒备，阻碍共生的形成。而CLE16的加入，就像是一种“安抚剂”，帮助植物放松警惕，降低免疫水平，从而接受丛枝菌根真菌的进入。

CLE16的出现，彻底颠覆了科学家们的认知。索尔克研究所的研究人员发现，CLE16不仅不会抑制共生关系，反而会积极地促进它。这项发现，让科学家们感到非常兴奋。这项研究的第一作者，Mueller实验室的研究生Sagar Bashyal说：“我们发现了第一个真正促进和支持共生的植物CLE肽。从科学的角度来看，获得这样一个令人惊讶的新发现，真的非常令人兴奋。这是朝着实现可持续的植物-真菌关系迈出的巨大一步。

▲上图：种植在花盆中的蒺藜苜蓿植株。©Salk Institute

有趣的是，这项研究还发现，不光植物自己能产生CLE16，丛枝菌根真菌本身也能制造一种类似的“仿制品”。这种真菌版的CLE16分子与植物的CLE16结构相似，作用也几乎一样，也可以与植物的CRN-CLAVATA受体结合，促进共生的建立。这说明在漫长的进化过程中，这些真菌已经发展出一套策略，来与植物沟通并获得“通行证”。

这项研究，为人类解决农业生产中的难题提供了一个新的思路。既然已经证实，植物CLE16分子和真菌产生的类似分子，都能够促进植物和真菌之间的共生关系，那么我们是否可以通过在农田中补充这些分子，来帮助作物更好地生长呢？科学家们认为，这完全是有可能的。未来的研究，将会验证CLE16肽或真菌CLE16样肽的模拟物，是否也能促进大豆、玉米、小麦等重要农作物的共生。如果答案是肯定的，那么，我们就有望利用这些分子，来取代那些不可持续、污染环境的化学肥料，转而利用有益的真菌，来为农业生产提供更加自然、更加绿色的动力。

感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：

Sagar Bashyal, Hasani Everett, Suzanne Matsuura, Lena Maria Müller. A plant CLE peptide and its fungal mimic promote arbuscular mycorrhizal symbiosis via CRN-mediated ROS suppression. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (16) DOI: 10.1073/pnas.2422215122

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资讯源 | Salk Institute

文 | 王芊佳

编辑 | Maggie

排版 | 绿叶重建人与自然的平衡 | 支持绿会生态保护公益项目，请点击“阅读原文”

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【参考资料】

【海洋与湿地·小百科】大湾区海洋生物数字文献库（Greater Bay Area Marine Biological Digital Library, 简称GMBDL）是全国第一个以视频图鉴为特色的海洋生物数据库，始于2022年，由大鹏半岛海洋图书馆（Dapeng Peninsula Marine Library）出品。大湾区海洋生物数字文献库通过长达2000多个小时的潜水拍摄积累而成，拍摄团队历经6年时间，专注于南海北岸海域，精心记录下海洋动物在日夜不同时间的行为、雌雄不同的体色以及冬夏不同的状态，还特别记录了深圳近十年来鲸豚搁浅等海洋大事，所采用的均是高清高帧率视频，确保了影像的高质量和细节展示。该数据库由国内权威分类学专家进行定种，目前已收入407种海洋生物，且物种数量仍在持续增加，目标是在两年内达到1000种，为海洋生物研究和保护等工作提供数字化资源支持。图源：©GMBDL

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