康奈尔大学揭示植物-真菌共生过程中脂质供应的动态控制

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Ad植物微生物

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2024-02-18

摘要：

近日，美国康奈尔大学博伊斯-汤普森研究所（BTI）Maria J. Harrison团队发表在国际顶级学术期刊Science上的题为Receptor-associated kinases control the lipid provisioning program in plant–fungal symbiosis的最新研究深入探讨了植物与丛枝菌根（AM）真菌之间的共生关系，揭示了一些关键的见解，加深了我们对植物与AM真菌之间相互作用的理解，并可能推动可持续农业的发展。AM真菌生活在植物根细胞内，与其植物宿主形成一种独特的联合关系。这种关系不仅仅是简单的共存，它涉及复杂而关键的养分交换，这种交换对真菌的生存至关重要，对植物也非常有益。研究人员发现了两种蛋白质 CKL1 和 CKL2 的作用，它们只在含有 AM 真菌的根细胞中活跃。这两种蛋白质属于一个更大的蛋白质家族，被称为 CKLs，它们在植物体内的功能尚未完全清楚。与CKL家族最近缘的是被称为CDK的蛋白质，它们控制植物细胞周期，位于细胞核中。令人惊讶的是，CKL1 和 CKL2 蛋白的作用与 CDK 不同：它们不控制细胞周期。它们被拴在根细胞的膜上，包括包围真菌的膜。研究人员发现，这些 CKL 蛋白对真菌在植物根部的生存至关重要。它们在控制脂质（脂肪）从植物流向真菌的过程中发挥着关键作用，而这一过程对真菌的营养至关重要。如果没有这些蛋白质，管理这种脂质转移的关键基因就无法激活，真菌就会陷入饥饿。研究还发现了涉及几种受体激酶蛋白的复杂的相互作用网络。其中一种激酶因其允许AM真菌穿透根外层的作用而闻名。研究人员发现，同样的激酶在根的更深处发挥了新的作用，它与 CKL 蛋白结成伙伴，有可能启动脂质流向真菌。令人惊讶的是，虽然 CKL 蛋白对控制脂质流动至关重要，但它们并不管理整个共生脂质途径。相反，它们控制着负责这条途径起点和终点的基因。同时，在这一途径中间起作用的一个关键蛋白 RAM2 是由另一个调节因子 RAM1 激活的。要实现全面的脂质生产，CKL 和 RAM1 途径都必须处于活跃状态。脂质对植物来说成本很高，因此双重调控机制可以确保脂质供应得到严格控制，这或许是防止真菌病原体利用植物的一种保障。在农业方面，利用这种自然共生关系可以使作物更有效地吸收养分，更能抵御环境胁迫。这项研究不仅加深了我们对植物-AM 真菌共生背后的分子动力学的理解，而且还凸显了维系地球生命的错综复杂、往往不为人知的联系。它提醒我们大自然中令人难以置信的复杂性和相互依存性，其中很多就隐藏在我们的脚下。