大约在4.5亿年前，植物从水中到陆地上的迁移需要获得许多重要的新的特性。在1980年代，通过对化石的研究提出了一种假设，即植物-真菌共生可能起源于植物早期登陆时期。但是该假设一直未能得到证实。2021年5月21日，Science杂志以封面论文发表了来自法国图卢兹大学Pierre-Marc Delaux课题组等单位合作题为“Lipid exchanges drove the evolution of mutualism during plant terrestrialization”的研究论文。该研究表明原始陆地植物Marchantia paleacea（粗裂地钱）也能产生脂质，并转移到共生真菌上，并且该过程对于功能性共生是必不可少的，证明植物与真菌之间的脂质转移同样存在非维管植物中，这表明这一过程是在4.5亿年前就发展起来的，使得植物能在陆地上生存，并且在整个植物界都得到了保留。
植物与AM真菌的共生对陆地上的植物生长至关重要，以至于约80％的陆地植物都参与其中。植物允许AM真菌进入其根部，并在其细胞中形成丛枝的营养交换结构。其中真菌菌丝可以生长到距植物根部30 cm的土壤中，在那里可以吸收水，磷，氮和植物无法吸收的其他元素。长期以来，一直认为植物会通过光合作用向真菌提供碳水化合物，以换取真菌提供的资源。然而在2017年，来自中科院分子植物科学卓越创新王二涛团队和JIC中心的Giles E. D. Oldroyd团体同时背靠背在Science发文指出在丛枝菌根真菌与植物的共生过程中，脂肪酸是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式。然而这种共生是否也存在在低级的非维管束植物中呢？
真菌定植在非维管植物Marchantia paleacea上（植物细胞壁，青色; 真菌，绿色; 植物叶绿体，红色）。叶绿体将大气中的碳（脂质）从植物转移到真菌，从而将其作为营养。真菌反过来又为植物提供了养分和水。
该研究为了研究上述现象的机制存在的时间，采用了以下方法：将Marchantia paleacea中的AM真菌相互作用的RNA测序基因表达数据与高等植物中的AM真菌相互作用的数据进行比较。研究表明，通过比较发现许多已知的高等植物共生基因的直系同源基因在AM真菌定殖后也可在古分枝杆菌中表达，从而证实了4.5亿年植物多样性的保存。这包括在高等植物中显示出负责从植物到真菌的脂质交换的基因，例如与脂质生物合成相关的基因，如RAM2和脂质转运蛋白STR1和STR2。通过大量的实验，该研究随后证明了M. paleacea确实在产生脂质，并且对于与AM真菌共生是必不可少的。
此外，该研究表明脂类生物合成和转移并不是AM真菌定殖后在M.palacea中发生的唯一进化上保守的过程。其中还涉及独脚金内酯生物合成基因，显示在整个植物界保守的反应。其中独脚金内酯是根际信号分子，在AM真菌的根部定植中起关键作用，并对植物登陆地有有作用。有趣的是，该研究还描述了一种ABC转运蛋白是保守的，该蛋白在所有高等植物中都具有直系同源物，并且在整个植物界的AM真菌定植下表达都有上调。但是功能仍然不是很清楚，可能是独脚金内酯的转运蛋白。
最后，该研究鉴定了脂质生物合成的转录调控两个高度保守的转录因子：WRI和RAD1。WRI在M.palacea中的过表达导致脂肪酸生物合成相关基因的表达增加，而WRI失活导致AM真菌定植严重受损，并表明这两个转录因子是专门进化以促进共生，是植物陆地化所必需的。进一步证实了证实了植物脂肪酸对于与AM真菌共生的重要性。
论文链接：
https://science.sciencemag.org/content/372/6544/864