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寄生植物在防御微生物时会攻击农作物

2020/09/03 中广微生物

日本RIKEN可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员发现了植物的防御反应与美丽而具破坏性的农作物寄生金缕梅之间的联系。这项发表在《自然》杂志上的新研究表明,寄生植物和非寄生植物都可以检测并与一类称为醌的有机化合物发生反应。寄生植物会在猎物中感知醌并利用其入侵,而醌会在非寄生植物中触发防御反应,从而可以保护细菌免受细菌和其他微生物的侵害。

金缕梅寄生虫的所有变种(Striga属)在其他植物(如玉米,甘蔗和高粱)中都感测醌DMBQ ,然后建立类似附件的器官,用于入侵宿主。一旦入侵,他们就会偷水和养分,影响农作物的生长和产量。全球每年因Striga寄生虫造成的损失超过10亿美元。Ken Shirasu和他在CSRS的团队希望找到方法,通过开发有效的治疗方法或抗Striga的作物来防止此类损失。为此,他们需要了解寄生植物中发生的所有分子事件。对醌的反应。Shirasu首先说:“我们需要回答一个更基本的问题:首先,醌在非寄生植物中起什么作用?” 令人惊讶的是,没有人测试过非寄生植物是否对醌有反应。答案是他们这样做。

研究人员发现,常用的研究植物拟南芥通过产生钙信号来响应醌。然后,他们检查了50,000个诱变的幼苗,并发现了没有这种反应的11个突变体。这是用于查找负责事件生物链的基因的常用技术。在这种情况下,所有11个突变体均在同一基因中显示出突变,研究人员将其命名为CARD1(CAnnot Respond to DMBQ)。

接下来,研究人员询问了非寄生植物检测到DMBQ之后会发生什么。一个遗传分析表明事件是生物链后醌激活CARD1蛋白质涉及到创伤和应激反应。然后,研究小组检验了醌信号传导与免疫反应有关的假设。他们发现,与野生型植物相比,card1突变体更容易受到丁香假单胞菌细菌的感染,这是一种影响拟南芥和许多其他植物(如番茄)的常见细菌。一种典型的免疫反应在植物中,是关闭叶子上的毛孔以防止病原体进入。更深入的分析表明,在突变植物中这些气孔无法关闭,因为植物对醌没有反应。这可能导致感染的易感性增加。另一项测试表明,使用DMBQ进行预处理的植物通过CARD1信号通路提高了对细菌感染的抵抗力。

研究小组对CARD1蛋白对于非寄生植物对醌的免疫相关应答至关重要,因此想知道寄生植物中的醌信号是否与相似基因有关。他们寻找并发现了模型寄生植物日本大豆(Phtheirospermum japonicum)中类似于CARD1的蛋白质,这些蛋白质在根中表达,并且也参与DMBQ诱导的钙增加。

了解植物醌信号传导应提供抗击寄生植物的目标,并排除其他目标。正如Shirasu解释的那样:“我们目前的研究表明,如果仅针对醌,它可能会产生有害的副作用,使农作物更容易受到细菌感染。另一种方法可能是创造出不会产生醌但仍能引发醌的农作物。提供保护免受微生物感染的下游反应,也许通过治疗。”

下一步之一是弄清楚如何在非寄生植物中精确触发醌的生产,以及当缺少醌时是否可以在下游启动事件链。

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