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 多年來，科學(xué)家們一直都想知道豆科植物——其根部的根瘤菌從稀薄的空氣中生產(chǎn)植物*的營養(yǎng)——是如何識別這些細(xì)菌既友好又不同于其自身的細(xì)胞以及寄主植物的蛋白質(zhì)是如何找到這些細(xì)菌并利用這些“意外收獲”的。
   近日，由王東（音譯）帶領(lǐng)的美國馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校的分子植物學(xué)家們通過對蒺藜狀苜蓿的研究，揭示了寄主植物基因如何編碼一種蛋白質(zhì)——識別共生菌的細(xì)胞膜，并引導(dǎo)其他蛋白質(zhì)吸收營養(yǎng)。
   植物經(jīng)常通過微生物來幫助它們滿足對營養(yǎng)的需求，并以光合作用的產(chǎn)物作為“報酬”。大部分陸生植物的這一過程依靠的是與菌根菌的共生——叢枝菌根的結(jié)構(gòu)幫助植物吸收土壤中的磷、硫、氮和其他微量元素。因為土壤中氮含量是有限的，這種方法類似于“搜尋”。
   相比之下，豆科植物的“技藝”顯得更為*：它們利用一種名為根瘤菌的細(xì)菌固氮，并將之轉(zhuǎn)化為植物肥料氨元素。與根瘤菌共生意味著豆類可以通過固定空氣中的氮制造氨。大氣中氮的比例為78%，“本質(zhì)上是無限的。”研究人員說。
   憑借這一“技藝”，豆科植物可以不依靠土壤中的氮元素而獲得它們所需的氮肥。“當(dāng)品嘗營養(yǎng)豐富的豆腐或毛豆，你會感謝這些根瘤菌以及它們與豆類的‘聯(lián)姻’。”王東解釋道。
  “在我們這個研究領(lǐng)域，讓無固氮能力的植物獲得這種能力是大家的夢想。”王東說，“這個研究讓我們又近了一步。”
   王東的團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，微生物與植物通過細(xì)胞膜交換營養(yǎng)的過程中，細(xì)胞膜為寄主植物一種特殊編碼的蛋白質(zhì)所識別。“這就像植物發(fā)現(xiàn)了如何制造一個自由貿(mào)易區(qū)。”研究者解釋道。
   為了研究這種“貿(mào)易”如何進(jìn)行，該研究團(tuán)隊對SYNTAXIN132這種基因進(jìn)行了研究，其編碼的SYP132受體，通常用于識別細(xì)胞膜并與分泌囊泡進(jìn)行作用。
   他們發(fā)現(xiàn)這種SYP132受體通常尋找植物細(xì)胞表面膜并與之作用。當(dāng)根瘤菌在寄主中存在時，相同的基因就會產(chǎn)生另一種蛋白質(zhì)，而這種蛋白質(zhì)會尋找根瘤菌細(xì)胞膜。令人驚喜的是，叢枝菌根真菌共生體共享相同的SYP132受體?？茖W(xué)家現(xiàn)在明白，叢枝菌根菌和固氮菌周圍的寄主細(xì)胞膜有相同之處。
   他補(bǔ)充說，基因知道根瘤菌的存在且制造了替代蛋白質(zhì)來找到其細(xì)胞膜，這意味著寄主能夠區(qū)分并選擇細(xì)胞膜。
   “我們發(fā)現(xiàn)，兩種SYP132蛋白是不一樣的，雖然它們都來自同一基因。這個基因有兩種轉(zhuǎn)錄本，就像一部電影有兩種結(jié)局。沒有人知道存在兩種蛋白質(zhì)。”王東解釋道，“所以，答案是一種基因能利用可選擇的終端外顯子以不同序列創(chuàng)造蛋白質(zhì)，這決定了細(xì)胞中蛋白質(zhì)zui終是怎樣發(fā)生作用的。”