2025年01月25日 星期六
药物联合生活方式可干预 植物如何精准识别“敌友” “人都认识”,为何已是中度痴呆
第6版:科教卫新闻 2025-01-24

植物如何精准识别“敌友”

4项来自上海的基础研究成果今天凌晨同时在线发表于《细胞》

王二涛开展实验 采访对象供图

植物的“大脑”,在根上,精妙且聪明。

从2013年归国加入中国科学院分子植物科学卓越创新中心以来,王二涛研究员就投入到解析植物“大脑”的各项研究中,从小分子、蛋白这样一个个小的元素,历经十余年,慢慢搭起一个完整的“故事”:植物如何精准识别“敌友”?

日前,王二涛研究团队在植物区分共生与病原微生物的分子机制研究中取得重要进展,相关成果于北京时间今天凌晨在国际权威学术期刊《细胞》(Cell)上发表。

“点名”记住有益微生物

植物的根系土壤中栖息着种类繁多的微生物,有“友”,亦有“敌”。“友”是那些能与植物建立互利共生关系的共生微生物;“敌”则是能侵染植物、掠夺其营养的病原微生物。其中,菌根真菌是共生微生物,可以与大多数陆生植物建立共生关系,帮助植物高效地从土壤中汲取磷、氮等关键营养元素;与之相反,病原微生物的存在却时刻威胁着植物的健康、作物的产量。

“植物与有益微生物建立共生关系的同时,如何限制病原微生物的侵染”,这个问题,2019年被国际分子植物与微生物互作学会作为排名第一的科学难题抛出。所有科学家都清楚这个现象,但,无人能解。

自2013年回国开始,王二涛就锚定了植物和微生物共生的分子机理研究。研究团队“十年磨一剑”,已有了大量积累——“前序”成果,便是水稻共生和免疫分子机制的研究。

这一回,研究团队通过早期陆生植物粗裂地钱发现,植物有着一套神奇的“点名”机制。“在土壤这个微生物‘大课堂’中,植物会释放特定信号——独脚金内酯去‘点名’。只有‘好学生’共生菌根真菌能响应,‘老师’也会‘认脸’,记住‘好学生’,彼此建立紧密联系;而病原微生物就不会‘答到’。”王二涛解释。

原来,粗裂地钱中存在一对关键的LysM类受体激酶——MpaLYR和MpaCERK1。这对“神奇组合”具备超强的分辨能力,能够精准地区分共生微生物和病原微生物,并迅速激活相应的下游信号通路。其中,MpaLYR像一个敏锐的“信号探测器”,既能识别共生微生物的短链几丁质壳聚糖CO4/5,又能察觉病原微生物的长链几丁质壳聚糖CO7/8。当它与MpaCERK1携手形成蛋白复合体时,便打开了植物共生或防御的“开关”,准确地启动共生或免疫反应。

磷肥利用效率大幅提高

“特别是,在低磷环境下,这对组合通过识别不同长度的几丁质壳聚糖,使植物在面对不同陆地环境时既能够通过菌根共生进行营养摄取,又保证对病原微生物的免疫抵抗。”王二涛表示。

那,是否会有“狡猾”的“敌人”冒充“好学生”应答呢?科学家说,不排除这样的特殊情况发生,而这也是研究团队或将进一步开展的方向,同时也将在更高等的植物中验证这一机制。

记者了解到,该项研究为农业生产提供了重要启示——在提高作物养分利用效率上,可通过增强植物与菌根真菌的互作,显著提高作物对土壤养分的吸收能力。相关技术已经在江西的田间地头试验示范,经过基因优良等位变异的新型水稻“赣菌稻1号”磷肥利用效率大幅提高了20%—50%。

值得一提的是,共有4项来自上海的基础研究成果今天凌晨同时在线发表于《细胞》,另3篇论文的作者分别是中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员刘真、竺淑佳,上海交通大学合成科学创新研究中心教授倪俊。2025年,上海基础研究开局喜人。

实习生 郑乐曦 本报记者 郜阳

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