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      植物共生脆弱的伙伴關(guān)系
      
			
      
				2019-04-17 14:31:26
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      所有植物都需要足夠的無機(jī)營養(yǎng)素供應(yīng)，例如固定氮(通常以氨或硝酸鹽的形式)，以便生長。因此，一組特殊的開花植物依賴于與固氮細(xì)菌作為固定氮源的緊密共生關(guān)系。該工廠提供專門的根瘤作為其細(xì)菌的外殼，使他們能夠利用富含能量的有機(jī)碳化合物，以換取它們從大氣氮中產(chǎn)生的氨。因此，雙方都從這種關(guān)系中獲益。
      

      植物共生脆弱的伙伴關(guān)系
      

      然而，慕尼黑分子生物學(xué)家在慕尼黑路德維希 - 馬克西米利安大學(xué)(LMU)和法國和中國同事合作的亥姆霍茲中心慕尼黑(HMGU)進(jìn)行的37個植物基因組的比較研究表明，形成根的能力在進(jìn)化過程中，結(jié)核伙伴關(guān)系一再喪失。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在領(lǐng)先的期刊“科學(xué)”雜志上。
      

      目前，針對固氮細(xì)菌的存在而形成根瘤的能力僅限于四種開花植物(Fabales，F(xiàn)agales，Cucurbitales和Rosales)，許多農(nóng)業(yè)上重要的物種都屬于這些植物，包括豆類，豌豆和大豆。因此，新研究的作者認(rèn)為，這種共生的遺傳基礎(chǔ)最初是在這些群體的共同祖先中進(jìn)化的。
      

      “然而，構(gòu)成這四個命令的28個植物家族中只有10個現(xiàn)在能夠形成固氮根瘤。此外，其中9個家族中的大多數(shù)屬不采用共生生活方式，”LMU遺傳學(xué)教授說。 Martin Parniske，他發(fā)起了國際合作。為了確定植物家系中根瘤共生相對較低發(fā)生率的遺傳基礎(chǔ)在其中發(fā)生的情況下，該聯(lián)合體收集了DNA樣本，中國的BGI對10種物種的整個基因組進(jìn)行了測序，這些物種形成了具有不同細(xì)菌共生體的不同類型的結(jié)節(jié)，其采用不同的感染策略。與LMU和HMGU密切合作，然后將這些物種的基因組序列數(shù)據(jù)包括在代表上述四種順序的37種植物物種的全基因組比較中。令所有人驚訝的是，分析顯示，這些群體的許多成員 - 包括草莓，黑莓和蘋果等知名品種 - 曾經(jīng)擁有，但后來失去了形成共生的能力。
      

      “我們發(fā)現(xiàn)基因NODULE INCEPTION(NIN)是根瘤共生的必要先決條件，已經(jīng)被幾種不同譜系的突變反復(fù)獨(dú)立地禁用。因此，功能基因很可能存在于共同的祖先中。LMU的博士生，HMGU與Manuel Spannagl，Georg Haberer和Klaus FX Mayer，植物基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)系主任密切合作，解釋了這些系列，但后來多次獨(dú)立丟失了。 HMGU的基因組，基因分析。“這些發(fā)現(xiàn)完全出乎意料。在許多陸地生態(tài)系統(tǒng)中，低氮可用性是限制植物生長的一個因素，因此可以預(yù)期共生與選擇性優(yōu)勢相關(guān)聯(lián)，“Parniske補(bǔ)充道。
      

      根據(jù)該論文的作者，這些共生體經(jīng)常崩潰的一個可能原因是根瘤可能被寄生細(xì)菌侵入，寄生細(xì)菌競爭并消耗植物提供的化合物而不提供氮?dú)庾鳛榛貓?。在這種情況下，共生的喪失應(yīng)該有效地作為一種進(jìn)化適應(yīng)，有利于植物逃脫這種形式的剝削。共生不再有益于宿主的其他情景也是可以想象的，例如持續(xù)的氮供應(yīng)過?；蚱渌疚镔|(zhì)如水或磷酸鹽的可用性限制植物生長的情況。
      

      在合成生物學(xué)領(lǐng)域，正在努力為非共生作物植物提供建立根瘤共生的能力，以期通過施用對環(huán)境有問題的肥料減少供應(yīng)固定氮的需要。“我們的結(jié)果表明，進(jìn)化對根瘤共生的維持施加了選擇性壓力，未來的研究需要考慮這一因素，”Mayer說。
      
			

			
        
      
			
      
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