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侧根发育途径在豆科植物根瘤形成中的恢复

豌豆和其他豆科植物的根部形成球形或圆柱形结构(称为结节),与细菌建立了互利的关系,细菌将大气中的氮转化为豆科植物可用的养分。根瘤共生使豆类能够在大多数非豆科植物无法生存的氮限制条件下生长。日本的研究人员现在对共生关系如何演变有了更好的了解。

侧根发育途径在豆科植物根瘤形成中的恢复

他们于2019年11月在《科学》杂志上发表了他们的研究结果。

美国国立基础生物学研究所的论文作者Takashi Soyano说:“我们着手了解豆类如何获得形成根瘤的能力,这对于建立宿主和固氮细菌之间的共生关系至关重要。” “我们的发现阐明了豆类如何获得产生根瘤的能力。”

根瘤通常是对一种称为根瘤菌的细菌作出反应而形成的。豆科植物已进化出基因,专门告诉宿主细胞存在根瘤菌,从而触发了根瘤的形成,但目前尚不清楚这些遗传因素如何触发这些根器官的发育。

研究人员使用豆科植物莲花(Lotus japonicus)模型研究了这种器官的发育,并发现这是通过参与侧根形成的基因而发生的。通常,由于水和养分在土壤表面趋于密集,因此植物会发育出侧根而不是垂直的深根。

“这种基因称为ASL18a,是从大多数植物共有的侧根发育计划中选出的,在存在根瘤菌的情况下形成根瘤,” Soyano说。

ASL18a和NF-Y这两个基因的协同作用对于诱导细胞分裂形成根瘤是必不可少的。当存在根瘤菌时,另一种称为NIN的基因专门指导ASL18a和NF-Y协同工作。据Soyano称,豆类中的ASL18a具有与NIN结合的调节元件,并允许基因之间的协同工作。

Soyano说:“根器官的发育是通过各种信号成分和途径之间复杂的相互作用来严格控制的。” “获取该元素可能导致该基因募集到根瘤形成中。”

接下来,Soyano和他的团队计划研究侧根的发育和共生特异性途径如何相互影响,以帮助形成根瘤。

“对这两种途径如何整合的详细研究可以为深入理解豆科植物的进化途径提供重要的见解。” y野说。

他还指出,这种根瘤形成的基本分子机制也可能存在于其他植物中,例如西红柿,并且可能导致根瘤共生在可持续农业实践中的应用。

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