植物如何与土壤中的有益微生物相互作用

科学家们多年来一直在想，大豆等豆类是如何根据其自身细胞对这些细菌产生友好和独特的细菌，以及寄主植物如蛋白质找到细菌并利用营养意外收获。现在，由马萨诸塞州阿默斯特大学的Dong Wang领导的分子生物学家团队与苜蓿 - 苜蓿Medic藜苜蓿一起研究，发现宿主植物中的基因如何编码识别共生细菌周围细胞膜的蛋白质，然后指导其他蛋白质来收获营养。详细信息出现在1月份的Nature Plants网站上。

正如Wang解释的那样，植物通常会招募微生物以帮助它们满足其营养需求，提供光合作用的产品作为奖励。大多数陆生植物使用的过程取决于与菌根真菌的共生关系。这些形式结构称为丛枝，帮助植物从土壤中捕获磷，硫，氮和其他微量营养素。Wang说，这种方法类似于清除，因为土壤中可用的氮含量非常有限。

相比之下，主要在豆科植物中发现的不太常见的过程又向前迈出了一大步：它使用了一种叫做根瘤菌的细菌，它们生活在根瘤中并从空气中固定氮并使其成为氨，一种植物肥料。与根瘤菌的共生意味着豆科植物可以通过固定空气中的氮来制造氨，这种气体在78%的大气层中“基本上是无限的”，生物化学家补充道。

由于这一壮举，豆科植物可以根据需要获得尽可能多的氮肥，而不是依靠土壤中经常稀缺的氮。王说，这就是为什么豆类营养丰富的原因。“下次你吃美味的豆腐或毛豆时，你会吃那些小细菌，并与豆类'结婚'，谢谢。”

“与我们这个领域的任何人交谈，我们的梦想是让我们的无法解决氮肥的作物成为可能，”王建议说。“这一发现使我们向前迈进了一步。豆类是特殊的，但我们的结果表明它们并不那么特别，因为一些基本的基础设施已经存在于植物中，使用丛枝菌根真菌代替固氮细菌，没有人以前明白过。“

由王博士和博士后研究员Huairong Pan以及麻省大学阿默斯特分校的博士生Onur Oztas和Christina Stonoha以及中国的其他人组成的研究人员发现，在这两个过程中，细菌和真菌通过特殊编码蛋白质识别的细胞膜与植物交换营养。由定义其边界的主机厂。“这就好像工厂已经发现了如何建立一种自由贸易区，”王说。

为了探索这项交易是如何运作的，该团队在麻省大学阿默斯特分校的资助下，调查了基因SYNTAXIN 132的活性，该基因编码识别细胞膜并与分泌囊泡相互作用的受体(SYP132)。他们发现该基因通常会产生一种总是寻找植物细胞表面膜的转录本。但是如果宿主中存在根瘤菌，那么该基因将产生第二种能够找到细菌周围膜的蛋白质。令人惊讶的是，与丛枝菌根真菌的共生共享相同的SYP132受体。科学家们现在明白，真菌丛中的宿主膜 - 无论是豆科植物还是其他植物 - 与固氮细菌周围的膜有很多共同之处。

他补充道，“该基因以某种方式知道细菌存在并制造替代类型的蛋白质，它可以在细菌周围发现膜。这意味着宿主可以将两个膜分开，可以将它们分类。”

“我们的发现是两种SYP132蛋白质不尽相同，即使它们来自同一基因。该基因产生两个转录本，这涉及到基因末端附近的一个不寻常的过程，就像一部有两个不同结局的电影。知道有两种蛋白质，“王解释道。“因此答案是，一个基因可以使用另外的末端外显子来制造两个末端具有不同序列的蛋白质。而这正是确定蛋白质在细胞中最终位置的终点。”

他说，他和他的同事们发现的新知识对于未来的农业进步非常重要，因为同样的过程在大多数植物中也是如此，氮固定与否。

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