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威斯尼斯人wns579揭示真菌促进兰科种子共萌发过程中的碳利用机制
作者: 来源: 发布时间 : 2024-03-01 09:15:48 点击量:

       生物在漫长的进化历程中,不同类群演化出丰富且特化的适应性演化策略。例如,多数陆生植物通过根系与真菌形成共生菌根结构,真菌为植物提供无机盐和水分,而植物则向真菌提供碳水化合物。与传统的菌根结构截然不同,在被子植物第二大科植物兰科中,由于其种子缺乏为胚发育提供养分所需的胚乳,种子本身无法萌发。它必须依靠真菌单向为兰科种子提供萌发所需的全部碳才能萌发。这与菌根结构中的植物流向真菌的碳转运模式大相径庭,是自然界植物-微生物互作的特化案例。尽管兰科共生萌发现象已被发现一百多年之久,但种子从真菌获取碳营养的机制却仍未解析,成为了困扰该领域的“世纪之谜”。

       经多年努力,近日云南大学赵大克教授、牟宗敏副教授与西北农林科技大学阮勇凌讲席教授团队联合公关,系统评估了兰科植物共生萌发研究进展,结合对于近年兰科植物功能基因组、基因表达及系统树构建等分析手段,发现了可能控制真菌-兰科种子碳流过程的关键基因,提出了兰科种子利用真菌碳实现共生萌发的作用路径,揭示了真菌碳逆向运输至植物细胞的潜在机制。

       碳是植物种子萌发的核心元素。真菌成分分析和非共生萌发证据显示,葡萄糖和海藻糖是真菌最重要的碳储备物质,也是能被兰科种子利用的碳源形式,兰科种子通过降解真菌菌丝圈和活体菌丝吸收的方式,从真菌获得这两种糖。然而,植物通常不能利用海藻糖作为生长发育碳源。为解释这一现象,团队对兰科海藻糖水解酶开展基因家族分析和蛋白结构预测,结合组学和实验证据,提出兰科植物具有特化的利用真菌海藻糖机制的新观点,通过扩张其海藻糖水解酶家族,将真菌海藻糖降解为葡萄糖。随后,兰科种子利用葡萄糖转运蛋白SWEETs和STPs,将真菌来源的葡萄糖吸收至胚细胞内,并通过胚内细胞间的转运和代谢,促进兰科种子萌发。

       该真菌碳利用模型为理解兰科共生萌发的生态现象及其适应性进化提供了理论依据,以 Orchids acquire fungal carbon for seed germination: Pathways and players”为题,发表于Cell Press旗下经典期刊Trends in Plant Science(IF2023=20.5)(https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(24)00029-3)。云南大学赵大克教授为第一作者,云南大学牟宗敏副教授和西北农林科技大学阮勇凌CJ讲席教授为通讯作者。


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