多年來(lái)，科學(xué)家們一直都想知道豆科植物——其根部的根瘤菌從稀薄的空氣中生產(chǎn)植物必不可少的營(yíng)養——是如何識別這些細菌既友好又不同于其自身的細胞以及寄主植物的蛋白質(zhì)是如何找到這些細菌并利用這些“意外收獲”的。
近日，由王東（音譯）帶領(lǐng)的美國馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校的分子植物學(xué)家們通過(guò)對蒺藜狀苜蓿的研究，揭示了寄主植物基因如何編碼一種蛋白質(zhì)——識別共生菌的細胞膜，并引導其他蛋白質(zhì)吸收營(yíng)養。
植物經(jīng)常通過(guò)微生物來(lái)幫助它們滿(mǎn)足對營(yíng)養的需求，并以光合作用的產(chǎn)物作為“報酬”。大部分陸生植物的這一過(guò)程依靠的是與菌根菌的共生——叢枝菌根的結構幫助植物吸收土壤中的磷、硫、氮和其他微量元素。因為土壤中氮含量是有限的，這種方法類(lèi)似于“搜尋”。
相比之下，豆科植物的“技藝”顯得更為先進(jìn)：它們利用一種名為根瘤菌的細菌固氮，并將之轉化為植物肥料氨元素。與根瘤菌共生意味著(zhù)豆類(lèi)可以通過(guò)固定空氣中的氮制造氨。大氣中氮的比例為78%，“本質(zhì)上是無(wú)限的�！毖芯咳藛T說(shuō)。
憑借這一“技藝”，豆科植物可以不依靠土壤中稀少的氮元素而獲得它們所需的氮肥�！爱斊穱L營(yíng)養豐富的豆腐或毛豆，你會(huì )感謝這些根瘤菌以及它們與豆類(lèi)的‘聯(lián)姻’�！蓖鯑|解釋道。
“在我們這個(gè)研究領(lǐng)域，讓無(wú)固氮能力的植物獲得這種能力是大家的夢(mèng)想�！蓖鯑|說(shuō)，“這個(gè)研究讓我們又近了一步�！�
王東的團隊研究發(fā)現，微生物與植物通過(guò)細胞膜交換營(yíng)養的過(guò)程中，細胞膜為寄主植物一種特殊編碼的蛋白質(zhì)所識別�！斑@就像植物發(fā)現了如何制造一個(gè)自由貿易區�！毖芯空呓忉尩�。
為了研究這種“貿易”如何進(jìn)行，該研究團隊對SYNTAXIN132這種基因進(jìn)行了研究，其編碼的SYP132受體，通常用于識別細胞膜并與分泌囊泡進(jìn)行作用。
他們發(fā)現這種SYP132受體通常尋找植物細胞表面膜并與之作用。當根瘤菌在寄主中存在時(shí)，相同的基因就會(huì )產(chǎn)生另一種蛋白質(zhì)，而這種蛋白質(zhì)會(huì )尋找根瘤菌細胞膜。令人驚喜的是，叢枝菌根真菌共生體共享相同的SYP132受體�？茖W(xué)家現在明白，叢枝菌根菌和固氮菌周?chē)募闹骷毎び邢嗤帯?br> 他補充說(shuō)，基因知道根瘤菌的存在且制造了替代蛋白質(zhì)來(lái)找到其細胞膜，這意味著(zhù)寄主能夠區分并選擇細胞膜。
“我們發(fā)現，兩種SYP132蛋白是不一樣的，雖然它們都來(lái)自同一基因。這個(gè)基因有兩種轉錄本，就像一部電影有兩種結局。沒(méi)有人知道存在兩種蛋白質(zhì)�！蓖鯑|解釋道，“所以，答案是一種基因能利用可選擇的終端外顯子以不同序列創(chuàng )造蛋白質(zhì)，這決定了細胞中蛋白質(zhì)最終是怎樣發(fā)生作用的�！�
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