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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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        馬薩諸塞大學阿默斯特分校的分子生物學家研究了植物中的固氮細菌，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。在當前早期在線版的美國國家科學院院刊，主要作者和博士后研究員Minsoo Kim，前本科生Chris Waters，以及UMass Amherst生物化學和分子生物學系的Dong Wang教授，以及俄克拉荷馬州Noble基金會的同事，報告說苜蓿似乎使用先進的方法將固氮細菌，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菌。一旦進入寄主植物，根瘤菌在其根部形成結(jié)節(jié)，植物開始將細菌轉(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，植物為細菌提供固定碳，光合作用的產(chǎn)物。
        

        在苜蓿中，這種細菌轉(zhuǎn)化被稱為分化，王將其比作馴化，因為它使細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。“我認為它類似于人類對動物的歸化。” 他補充說，“作為自由生活的個體不再能夠擴散的細菌在那一點上有點像奴隸，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)部支持固氮細菌，但它的作用可以殺死外面的自由生物細菌。
        

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

        然而，這兩種活動實際上可能反映了NCR211對不同生理狀態(tài)的細菌的類似作用。作者說，DNF4 / NCR211的雙重作用可能反映了確保根瘤菌保持適當分化狀態(tài)的機制。細菌分化的宿主控制已在多種豆科植物中進化，表明對宿主植物可能具有健康益處。此外，具有分化的細菌的結(jié)節(jié)對宿主返回更多益處。奇怪的是，具有最大經(jīng)濟價值的豆類，大豆，似乎沒有進化出這種策略，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問題”，但發(fā)現(xiàn)NCR211多肽能夠在宿主細胞內(nèi)維持細菌存活可能會成為未來改善豆科作物而不使用更多肥料的關(guān)鍵因素，這將是一個重要因素。促進發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)和發(fā)達國家的有機農(nóng)業(yè)。
        

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

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

			
          
        
			
        
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