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      利用多肽有望在不增加肥料的情況下提高作物產(chǎn)量
      
			
      
				2019-02-14 09:32:52
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      馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的分子生物學(xué)家研究了植物中的固氮細(xì)菌，他們在苜蓿中發(fā)現(xiàn)了一種“雙重劑”肽，可以在不增加肥料使用的情況下提高作物產(chǎn)量。在當(dāng)前早期在線版的美國國家科學(xué)院院刊，主要作者和博士后研究員Minsoo Kim，前本科生Chris Waters，以及UMass Amherst生物化學(xué)和分子生物學(xué)系的Dong Wang教授，以及俄克拉荷馬州Noble基金會(huì)的同事，報(bào)告說苜蓿似乎使用先進(jìn)的方法將固氮細(xì)菌，根瘤菌，從土壤中招募后更有效地工作，以在植物根部的特殊結(jié)節(jié)中固氮。
      

      利用多肽有望在不增加肥料的情況下提高作物產(chǎn)量
      

      正如Wang和Kim所解釋的那樣，豆類從周圍的土壤中吸收固氮細(xì)菌。一旦進(jìn)入寄主植物，根瘤菌在其根部形成結(jié)節(jié)，植物開始將細(xì)菌轉(zhuǎn)化為固氮狀態(tài)。作為借用根瘤菌必需的酶，將氮轉(zhuǎn)化為有用的氨，植物為細(xì)菌提供固定碳，光合作用的產(chǎn)物。
      

      在苜蓿中，這種細(xì)菌轉(zhuǎn)化被稱為分化，王將其比作馴化，因?yàn)樗辜?xì)菌依賴于它們的植物宿主。“他們不再狂野，能夠在工廠外生活，”他說。“我認(rèn)為它類似于人類對動(dòng)物的歸化。” 他補(bǔ)充說，“作為自由生活的個(gè)體不再能夠擴(kuò)散的細(xì)菌在那一點(diǎn)上有點(diǎn)像奴隸，為植物服務(wù)。”
      

      在分子水平上，僅在結(jié)節(jié)中發(fā)現(xiàn)的植物肽(稱為NCR肽)在分化過程中作用于細(xì)菌。通過研究紫花苜蓿(Medicago truncatula)中的這種分化過程，研究人員發(fā)現(xiàn)其中一種肽DNF4，也稱為NCR211，可以作為一種雙重劑，Wang說。DNF4在植物內(nèi)部支持固氮細(xì)菌，但它的作用可以殺死外面的自由生物細(xì)菌。
      

      “乍一看，DNF4 / NCR211支持植物中分化細(xì)菌的存活，同時(shí)也阻止自由生活細(xì)菌在培養(yǎng)中形成菌落，這似乎令人困惑，”Wang和Kim寫道。
      

      然而，這兩種活動(dòng)實(shí)際上可能反映了NCR211對不同生理狀態(tài)的細(xì)菌的類似作用。作者說，DNF4 / NCR211的雙重作用可能反映了確保根瘤菌保持適當(dāng)分化狀態(tài)的機(jī)制。細(xì)菌分化的宿主控制已在多種豆科植物中進(jìn)化，表明對宿主植物可能具有健康益處。此外，具有分化的細(xì)菌的結(jié)節(jié)對宿主返回更多益處。奇怪的是，具有最大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的豆類，大豆，似乎沒有進(jìn)化出這種策略，開辟了提高產(chǎn)量的可能途徑。
      

      Wang說，“我們還沒有完全解決這個(gè)問題”，但發(fā)現(xiàn)NCR211多肽能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)維持細(xì)菌存活可能會(huì)成為未來改善豆科作物而不使用更多肥料的關(guān)鍵因素，這將是一個(gè)重要因素。促進(jìn)發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)和發(fā)達(dá)國家的有機(jī)農(nóng)業(yè)。
      

      “接下來我們想知道為什么這種肽有助于植物內(nèi)的細(xì)菌，但它可以殺死植物外的自由生物細(xì)菌。為什么一個(gè)分子起雙重作用?”
      

      王說，同樣的研究也出現(xiàn)在PNAS，Price等人。在楊百翰大學(xué)(Brigham Young University)恢復(fù)了一種能夠降解宿主NCR肽的細(xì)菌肽酶。“這一系列發(fā)現(xiàn)證明了控制傳統(tǒng)宿主 - 微生物共生中細(xì)菌分化的不斷發(fā)展的本質(zhì)，”Wang和Kim總結(jié)道。
      
			

			
        
      
			
      
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