“激動人心的生物學”揭示了植物對真菌捐贈者的高脂肪飲食
生物學中最持久的關系之一,在4億多年前幫助植物殖民土地,已經產生了一個對農業(yè)和生物技術產生影響的基本生存秘密。植物科學家發(fā)現,一種特殊形式的真菌侵入植物根部,然后幫助殖民植物從土壤中吸收養(yǎng)分,從長鏈脂肪酸形式的共生寄主中獲取維持生命的碳,必需脂質。
以前,科學家們認為真菌只能以碳水化合物的形式從宿主身上接收碳,真菌用來制造自己的脂肪酸,然后是生存所必需的更復雜的脂質。
現在很清楚,來自寄主植物的碳的主要來源是脂肪酸,并且這些脂肪酸在真菌產生更復雜的脂質之前是必需的,所述脂質是儲存能量,信號傳導和細胞膜所需的。
由科學雜志出版的最新作品來自位于諾威奇研究園的約翰英思中心和Rothamsted Research的聯合科學家團隊。這個科學領域目前非常具有競爭力,中國,德國和美國的研究團隊都在追逐類似的突破。
John Innes中心的細胞和發(fā)育生物學項目負責人,研究團隊的聯合負責人Giles Oldroyd教授說:“人們一直認為該植物將糖分輸送到共生真菌中。我們的研究表明,此外植物為真菌提供脂質。我們希望通過更好地了解這些植物/真菌共生物,我們可以改善它們在農業(yè)中的使用,從而提高農業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)性。“
這項研究的核心共生關系,也是自然界中最廣泛的聯系之一,是絕大多數植物之間,至少80%的植物和叢枝菌根真菌之間,它們在植物中產生特殊的飼養(yǎng)結構。根叫做arbuscules。
產生菌絲以增加根表面積的真菌可以為植物提供高達80%的營養(yǎng)來自土壤,而植物可以通過光合作用向真菌提供高達30%的碳。
Rothamsted植物科學系高級生物化學家,研究小組的聯合負責人Peter Eastmond教授說:“這是令人興奮的生物學。我們發(fā)現這種真菌有效地重新編程植物以抽出脂質,”
“對可持續(xù)農業(yè)具有重要意義,特別是在營養(yǎng)貧乏的土壤中,你需要充分利用資源,”Eastmond教授說。“還有生物技術,創(chuàng)造綠色通道,在植物中生產脂質,生物燃料和工業(yè)用前體化學品,作為化石燃料的替代品。”
Rothamsted于2011年開始研究這種關系的新陳代謝,因為JIC的突破性遺傳研究是第一個鑒定和分離維持共生所必需的兩個基因,RAM(叢枝菌根化需要)1和RAM2。
“我們努力理解為什么這些基因如此重要,直到我們提出共生在植物中產生一種脂質工廠的假設,”伊斯特蒙德教授說。“這違背了文獻所說的......我們提議推翻教科書中的內容。”
該團隊提出了三個強大而巧妙的實驗,這些實驗圍繞著不可分割的聯盟,以區(qū)分一個或兩個共生伙伴是否產生脂質。每個實驗獨立地支持該假設。
“繼續(xù)這一發(fā)現還有很多工作要做,”伊斯特蒙德教授說。“它將對理解這種共生關系的新陳代謝產生持久影響,并引領研究人員走向許多新方向。”
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