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        植物共生脆弱的伙伴關系
        
			
        
				2019-04-17 14:31:26
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        所有植物都需要足夠的無機營養(yǎng)素供應，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菌作為固定氮源的緊密共生關系。該工廠提供專門的根瘤作為其細菌的外殼，使他們能夠利用富含能量的有機碳化合物，以換取它們從大氣氮中產生的氨。因此，雙方都從這種關系中獲益。
        

        植物共生脆弱的伙伴關系
        

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

        目前，針對固氮細菌的存在而形成根瘤的能力僅限于四種開花植物(Fabales，Fagales，Cucurbitales和Rosales)，許多農業(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，新研究的作者認為，這種共生的遺傳基礎最初是在這些群體的共同祖先中進化的。
        

        “然而，構成這四個命令的28個植物家族中只有10個現在能夠形成固氮根瘤。此外，其中9個家族中的大多數屬不采用共生生活方式，”LMU遺傳學教授說。 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)生率的遺傳基礎在其中發(fā)生的情況下，該聯合體收集了DNA樣本，中國的BGI對10種物種的整個基因組進行了測序，這些物種形成了具有不同細菌共生體的不同類型的結節(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據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 - 曾經擁有，但后來失去了形成共生的能力。
        

        “我們發(fā)現基因NODULE INCEPTION(NIN)是根瘤共生的必要先決條件，已經被幾種不同譜系的突變反復獨立地禁用。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，植物基因組學和系統生物學系主任密切合作，解釋了這些系列，但后來多次獨立丟失了。 HMGU的基因組，基因分析。“這些發(fā)現完全出乎意料。在許多陸地生態(tài)系統中，低氮可用性是限制植物生長的一個因素，因此可以預期共生與選擇性優(yōu)勢相關聯，“Parniske補充道。
        

        根據該論文的作者，這些共生體經常崩潰的一個可能原因是根瘤可能被寄生細菌侵入，寄生細菌競爭并消耗植物提供的化合物而不提供氮氣作為回報。在這種情況下，共生的喪失應該有效地作為一種進化適應，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)的氮供應過?；蚱渌疚镔|如水或磷酸鹽的可用性限制植物生長的情況。
        

        在合成生物學領域，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固定氮的需要。“我們的結果表明，進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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