複雜的微生物群落棲息在植物中並調節它們的發育。特別是根部，承載着廣泛的微生物多樣性，包括細菌和真菌在內，它們直接影響植物的健康。MPIPZ的研究人員先前發現，這些真菌是根部微生物組的重要成員，可以促進植物生長，但只有當它們被宿主先天免疫系統和根部棲息的細菌聯合行動所控制時才會如此。
在《自然-通訊》上發表的一項新研究中，研究人員對這些真菌如何在根部定居，為什麼它們中的許多真菌可能是有害的，以及在根部黴菌群中有益的真菌與致病的真菌有何區別提供了新見解。為了更好地描述這些根部殖民真菌的廣泛多樣性，研究人員從歐洲各地健康植物的根部分離出各種真菌菌株，並選擇了41個能代表A.thaliana根部菌群的菌株。
研究人員對這些真菌的基因組進行了測序，並與之前描述的其他真菌進行了比較，這些真菌具有吸液性、病原性、內生性或菌根性。令人驚訝的是，科學家們發現大多數根部菌群成員來自於可能是病原體的祖先，並且保留了一系列基因，這些基因以前被證明在菌根有益真菌的基因組中丟失。這些基因編碼類似於效應器的小型分泌蛋白，可以調節宿主的免疫系統，以及可以降解大量植物細胞壁成分的酶，包括果膠、纖維素和半纖維素。這些發現提出了一種可能性，即許多這些真菌可能至少保留了它們祖先的部分致病能力。
為了測試這一假設，在沒有任何微生物的情況下，將A. thaliana植物種植在一個封閉的系統中，然後對41種真菌分離物中的每一種重新進行克隆。這個實驗確定了真菌對植物生長的影響的廣泛多樣性，從高度有害到有益不等。值得注意的是，作者觀察到，對植物最有害的菌株比那些具有有益影響的菌株更積極地在根部定居。此外，在自然界中最常在A. thaliana的根部檢測到的真菌也是在單一關聯實驗中對其宿主顯示出有害影響的真菌。研究小組以前的工作表明，當宿主的免疫系統和根部棲息的細菌沒有嚴格控制這些真菌的增殖時，植物的真菌生物群會變得有害。這些新的結果表明，在自然界中，具有高根部定植潛力的真菌具有高致病潛力，這項研究解釋了控制其生長的必要性。
然後，作者使用包括機器學習模型在內的多種關聯方法，將真菌對A. thaliana生長的影響與基因組組成聯繫起來，並成功確定了一個可以解釋有害影響和根部定植能力的候選基因家族。這些研究結果表明，真菌基因組中的植物細胞壁降解酶複合物是驅動進入根系內圈的關鍵遺傳決定因素，並解釋了為什麼強大的根系定植者如果過於積極地降解根系就有可能變得有害。
這項研究強調，自然界中健康植物的真菌生物組是由朋友和敵人組成的。這一發現為真菌對植物健康的影響提供了一個新的視角，並可能為農業打開新的令人興奮的發展之門。利用這些結果，科學家有可能設計和優化合成真菌群落，以獲得對植物性能有益的結果。