利用多肽有望在不增加肥料的情况下提高作物产量

马萨诸塞大学阿默斯特分校的分子生物学家研究了植物中的固氮细菌，他们在苜蓿中发现了一种“双重剂”肽，可以在不增加肥料使用的情况下提高作物产量。在当前早期在线版的美国国家科学院院刊，主要作者和博士后研究员Minsoo Kim，前本科生Chris Waters，以及UMass Amherst生物化学和分子生物学系的Dong Wang教授，以及俄克拉荷马州Noble基金会的同事，报告说苜蓿似乎使用先进的方法将固氮细菌，根瘤菌，从土壤中招募后更有效地工作，以在植物根部的特殊结节中固氮。

正如Wang和Kim所解释的那样，豆类从周围的土壤中吸收固氮细菌。一旦进入寄主植物，根瘤菌在其根部形成结节，植物开始将细菌转化为固氮状态。作为借用根瘤菌必需的酶，将氮转化为有用的氨，植物为细菌提供固定碳，光合作用的产物。

在苜蓿中，这种细菌转化被称为分化，王将其比作驯化，因为它使细菌依赖于它们的植物宿主。“他们不再狂野，能够在工厂外生活，”他说。“我认为它类似于人类对动物的归化。” 他补充说，“作为自由生活的个体不再能够扩散的细菌在那一点上有点像奴隶，为植物服务。”

在分子水平上，仅在结节中发现的植物肽(称为NCR肽)在分化过程中作用于细菌。通过研究紫花苜蓿(Medicago truncatula)中的这种分化过程，研究人员发现其中一种肽DNF4，也称为NCR211，可以作为一种双重剂，Wang说。DNF4在植物内部支持固氮细菌，但它的作用可以杀死外面的自由生物细菌。

“乍一看，DNF4 / NCR211支持植物中分化细菌的存活，同时也阻止自由生活细菌在培养中形成菌落，这似乎令人困惑，”Wang和Kim写道。

然而，这两种活动实际上可能反映了NCR211对不同生理状态的细菌的类似作用。作者说，DNF4 / NCR211的双重作用可能反映了确保根瘤菌保持适当分化状态的机制。细菌分化的宿主控制已在多种豆科植物中进化，表明对宿主植物可能具有健康益处。此外，具有分化的细菌的结节对宿主返回更多益处。奇怪的是，具有最大经济价值的豆类，大豆，似乎没有进化出这种策略，开辟了提高产量的可能途径。

Wang说，“我们还没有完全解决这个问题”，但发现NCR211多肽能够在宿主细胞内维持细菌存活可能会成为未来改善豆科作物而不使用更多肥料的关键因素，这将是一个重要因素。促进发展中国家的农业和发达国家的有机农业。

“接下来我们想知道为什么这种肽有助于植物内的细菌，但它可以杀死植物外的自由生物细菌。为什么一个分子起双重作用?”

王说，同样的研究也出现在PNAS，Price等人。在杨百翰大学(Brigham Young University)恢复了一种能够降解宿主NCR肽的细菌肽酶。“这一系列发现证明了控制传统宿主 - 微生物共生中细菌分化的不断发展的本质，”Wang和Kim总结道。

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