植物如何找到它们的共生细菌“伙伴”?科学家找到答案

2021年05月04日 10:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,德国弗莱堡大学的研究人员解释了植物和固氮细菌之间共生关系的一个进化步骤。在自己的地下室生产肥料会是什么样子?豆科植物,如豌豆、豆类和各种苜蓿,通过其根部的特殊结构从共生的土壤细菌中获得它们生长所需的有机氮。由弗莱堡大学生物系的细胞生物学家 Thomas Ott 教授领导的一个小组现在已经在根部细胞中发现了一个因素,植物在与这些生活在土壤中的所谓根系相关细菌的最初接触中需要这个因素。

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他们发现了一种仅在豆科植物中发现的蛋白质,称为共生形成素1(SYFO1),并证明了它在共生中发挥的重要作用。

该团队与弗莱堡大学医学院的分子生物学家Robert Grosse教授和法国图卢兹葡萄科学研究实验室(LRSV)的进化生物学家Pierre-Marc Delaux博士一起,在《当代生物学》杂志上发表了他们的成果。

当根瘤菌遇到土壤中的豆科植物的根时,SYFO1蛋白会使根部的小毛发改变其生长方向。因此,它们将自己包裹在潜在的共生伙伴周围。由于这些细菌的帮助,豆科植物不需要任何氮肥,与其他植物相反。 Ott说:“如果我们准确地了解共生关系是如何产生的,我们就可以把它们在进化过程中失去的这种特殊属性还给作物植物。”

他和Grosse都是卓越中心CIBSS--综合生物信号研究中心的成员。Ott在CIBSS的研究涉及研究信号路径的空间组织,这些信号路径首先使得与共生细菌的共生关系得以建立。另一方面,Grosse在弗莱堡的工作重点是动物细胞的细胞骨架。Ott表示:“在我们的合作中,由于CIBSS的帮助,我们能够以最佳方式贡献我们在不同专业领域的专业知识。”

研究小组在豆科植物Medicago truncatula的研究中证明,SYFO1的基因被关闭的植物的根毛实际上不再有能力包裹住细菌。在进一步的研究中,研究人员发现,该蛋白与细胞骨架的一个组成部分--肌动蛋白结合,同时与细胞外的细胞壁结合,从而改变其生长方向。这些小毛发现在不再是笔直地生长,而是改变了方向,在细菌周围形成了一个环。

“SYFO1构成了植物进化过程中的一个特殊创新步骤,”Ott解释说。“虽然形成蛋白以多种形式存在于细胞中并与肌动蛋白相互作用,但这种特殊的类型只对来自细菌的共生信号做出反应。”

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