科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種對(duì)植物共生很重要的新信號(hào)成分

基于蛋白質(zhì)組學(xué)的蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與豆科動(dòng)物受體相互作用的蛋白質(zhì)，該豆類(lèi)受體介導(dǎo)從質(zhì)膜到細(xì)胞核的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。這表明來(lái)自共生細(xì)菌的共生信號(hào)如何在感知時(shí)傳播，最終導(dǎo)致它們?cè)谒拗髦参飪?nèi)的適應(yīng)。

豆科植物具有重要的農(nóng)業(yè)重要性，主要是因?yàn)樗鼈兡軌蚺c被稱(chēng)為根瘤菌的固氮細(xì)菌建立共生關(guān)系。更深入地了解生物固氮(BNF)以及隨后將這些知識(shí)轉(zhuǎn)移到作物植物將使我們能夠規(guī)避化肥的使用并可持續(xù)地種植作物。此外，成功將BNF轉(zhuǎn)移到非豆類(lèi)作物將特別有利于小農(nóng)，他們可以在不面臨購(gòu)買(mǎi)無(wú)機(jī)肥料的現(xiàn)金限制的情況下提高作物產(chǎn)量。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，由Jens Stougaard教授指導(dǎo)的奧胡斯大學(xué)植物分子生物學(xué)小組的成員致力于研究豆科植物 - 根瘤菌共生。2003年，該小組確定了質(zhì)膜定位結(jié)瘤(Nod)因子受體 1和5(NFR1和NFR5)，負(fù)責(zé)識(shí)別兼容的共生體; Nod因子是共生信號(hào)分子，其結(jié)構(gòu)根據(jù)根瘤菌種類(lèi)而變化。使用嚴(yán)格的鎖定(Nod因子受體)和關(guān)鍵(Nod因子)機(jī)制，只允許兼容的根瘤菌進(jìn)入植物，而不相容的細(xì)菌將不能感染和定殖根瘤。

經(jīng)過(guò)15年的研究取得突破

15年來(lái)，在Nod因子受體下游直接傳遞Nod因子信號(hào)所涉及的成分仍然難以捉摸，限制了研究人員對(duì)這些Nod因子受體如何最??終導(dǎo)致根毛結(jié)構(gòu)變化和新器官(結(jié)節(jié))形成的理解。用于根瘤菌入境和住宿。最終通過(guò)優(yōu)雅的蛋白質(zhì)組學(xué)方法和Cyril Zipfel研究小組(英國(guó)塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室)的同事們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)取得了突破，他們不斷揭開(kāi)植物防御信號(hào)的新角色。

發(fā)表在PNAS期刊上的工作描述了研究人員如何使用NFR5作為誘餌來(lái)尋找互動(dòng)者。與植物防御，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)中涉及的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程相似，他們觀察到受體樣細(xì)胞質(zhì)激酶對(duì)于在共生信號(hào)傳導(dǎo)中配體感知后轉(zhuǎn)導(dǎo)受體下游信號(hào)至關(guān)重要。研究人員將這種細(xì)胞質(zhì)激酶命名為NFR5-相互作用的細(xì)胞質(zhì)激酶4(NiCK4)。他們假設(shè)在Nod因子感知時(shí)，涉及NiCK4，NFR1和NFR5的磷酸化級(jí)聯(lián)導(dǎo)致NiCK4定位于細(xì)胞核，其中存在幾種關(guān)鍵的豆科植物共生成分，并且隨后促進(jìn)用于容納相容的根瘤菌的結(jié)節(jié)的形成。

Nod因子和Nod因子受體觸發(fā)NiCK4從質(zhì)膜向細(xì)胞核的運(yùn)動(dòng)是非常令人興奮的數(shù)據(jù)，因?yàn)榧?xì)胞核中的鈣振蕩是豆科植物共生信號(hào)傳遞的標(biāo)志。在此發(fā)現(xiàn)之后，研究團(tuán)隊(duì)希望組裝和連接更多的共生信號(hào)組件。徹底了解共生信號(hào)通路中涉及的所有組分對(duì)于成功將BNF轉(zhuǎn)移到非豆科作物至關(guān)重要。