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        研究人員揭示了植物 真菌共生的核心基因組

        博伊斯湯普森研究所(BTI)的研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了一種名副其實(shí)的基因庫,這些基因被植物用來與真菌形成共生關(guān)系,大大增加了這種農(nóng)業(yè)價值相互作用的遺傳基礎(chǔ)知識。

        研究人員揭示了植物  真菌共生的核心基因組

        大多數(shù)陸生植物通過與稱為叢枝菌根(AM)共生的土壤真菌的共生關(guān)系獲得大部分礦物質(zhì)營養(yǎng)。但是,盡管進(jìn)行了數(shù)十年的研究,但形成這種關(guān)系所需的許多基因仍然是難以捉摸的。現(xiàn)在,隨著廣泛可用的基因組序列的出現(xiàn),BTI研究人員能夠比較50種植物基因組,以鑒定由能夠共生AM共生的植物共享的138種基因。這些發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在“ 自然植物 ”雜志上,可能最終使我們更接近于開發(fā)沒有添加肥料而茁壯成長的植物。

        “目前,我們的研究領(lǐng)域只發(fā)現(xiàn)了少數(shù)幾種專門用于AM共生的基因,我們知道我們的知識存在巨大差距,”資深作者M(jìn)aria Harrison說,他是BTI的William H. Crocker教授。“這138種基因是一種寶貴的資源,為植物細(xì)胞攜帶真菌共生體提供了新的見解。”

        過去,研究人員通過耗時的遺傳篩選確定了與AM共生有關(guān)的基因,這可能需要五年才能完成。通過這種方法從桶狀藥用植物(Medic藜苜蓿)中鑒定出一些基因后,研究人員指出,這些AM共生基因中的一些缺失來自另一種不攜帶真菌的植物物種。這種認(rèn)識激發(fā)了Nathan Pumplin,他是Harrison實(shí)驗(yàn)室的前研究生,他開始采用基因組比較方法,以期找到更符合這種模式的基因。

        “這種方法依賴于化石證據(jù)支持的觀點(diǎn),AM共生只是在陸地植物進(jìn)化的早期進(jìn)化過一次,因此所有攜帶共生的植物都可能遺傳了一組相似的基因。失去了這種能力的植物群體據(jù)推測,形成共生關(guān)系已經(jīng)失去了所需的基因,“博士后科學(xué)家,論文的第一作者阿曼多·布拉沃說,他繼續(xù)開發(fā)這個項(xiàng)目。

        Bravo與BTI的生物信息學(xué)分析師Thomas York合作,比較了可以形成共生的34 種植物的基因組序列,而不能形成共生的16 種。他們一起挑選出僅在形成AM共生的植物中發(fā)現(xiàn)的基因,并從最初的62,000種可能性列表中獲得,僅得到138個基因。已知其中15個在AM共生中發(fā)揮作用,Bravo通過培養(yǎng)那些基因突變的桶狀醫(yī)生并檢查它們形成成功共生的能力來測試該組中7個未知基因的準(zhǔn)確性。其中六個基因的突變導(dǎo)致了錯誤的相互作用。

        對發(fā)現(xiàn)的新基因的分析突出了共生期間脂質(zhì)生物合成的重要性。雖然分析不能單獨(dú)列出植物共生所需的每個基因,但它確實(shí)挑選出除了共生之外沒有其他功能的基因。“我認(rèn)為它確實(shí)向你展示了生物信息學(xué)的力量,”BTI的合著者兼副教授Lukas Mueller說。“如果你有很多基因組,你就有更多的力量來回答問題。”在未來,研究人員計(jì)劃調(diào)查剩余的131個基因,并用它們來了解共生的發(fā)展和調(diào)節(jié)。

        幾乎所有的主食作物都與AM共生,因此通過作物育種來優(yōu)化這種相互作用可以提高產(chǎn)量并減少對肥料的需求。

        為了開始這項(xiàng)工作,研究人員獲得了三合會基金會的慷慨資助,該基金會是一家位于伊薩卡的國家慈善組織。該補(bǔ)助金支持難以通過傳統(tǒng)資金來資助的高風(fēng)險(xiǎn),高回報(bào)的研究。該研究還得到了美國國家科學(xué)基金會(#IOS-1127155)的支持。

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