科學家已經確定了植原體產生劫持植物發育的操縱分子

近日科學家發現了一種寄生細菌驅動的操縱機制,能夠用來延緩植物的衰老。這也為糧食作物提供了一種免受疾病威脅的新保護方法。近期發表在《Cell》上的研究中,約翰·因斯中心的 Hogenhout 團隊已經確定了由植原體(Phytoplasma)產生的操縱分子來劫持植物發育。

科學家已經確定了植原體產生劫持植物發育的操縱分子

寄生蟲操縱它們賴以生存的生物體以滿足它們的需要,有時候會採用一些比較激烈的方式。當一些植物受到寄生蟲的影響之後,它們會停止生長,只為寄生蟲提供棲息地和相關營養。當進入植物體內時,這種蛋白質會導致關鍵的生長調節器被分解,從而引發不正常生長。

科學家已經確定了植原體產生劫持植物發育的操縱分子

科學家已經確定了植原體產生劫持植物發育的操縱分子

科學家已經確定了植原體產生劫持植物發育的操縱分子

科學家已經確定了植原體產生劫持植物發育的操縱分子

植原體屬於一組微生物,它們因能夠對其宿主植物的發育進行重新編程而臭名昭著。樹木中出現「witches』 brooms」(女巫的掃帚),即過多的樹枝緊緊地長在一起,就是由它引起的。這些叢生的枝條是植物陷入無性繁殖的「僵屍」狀態的結果,無法繁殖,因此發展到「永遠年輕」的狀態。

植原體還可以引起毀滅性的作物疾病,如紫苑黃斑病,它對穀物和葉類作物(如生菜、胡蘿卜和穀物)都會造成重大的產量損失。該研究的通訊作者 Saskia Hogenhout 教授說:「植原體是一個壯觀的例子,說明基因的影響范圍可以超出生物體,影響周圍環境」。

他繼續說道:「我們的研究結果為這種擴展表型背後的分子機制帶來了新的啟示,它可以幫助解決食品生產的一個主要問題。我們強調了一種有希望的策略,用於工程植物以實現作物對植物質體的持久抗性水平」。新發現顯示了被稱為 SAP05 的細菌蛋白是如何通過利用宿主自身的一些分子機制來操縱植物的。

這種機器被稱為蛋白酶體,通常會分解植物細胞內不再需要的蛋白質。SAP05 劫持了這一過程,導致在調節生長和發育方面很重要的植物蛋白被有效地扔進了一個分子回收中心。沒有這些蛋白質,植物的發育就會被重新編程,以利於細菌的生長,引發多個無性繁殖的嫩芽和組織的生長,並使植物衰老的過程暫停下來。

通過對模式植物擬南芥的遺傳和生化實驗,研究小組詳細揭開了 SAP05 的作用。有趣的是,SAP05直接與植物發育蛋白和蛋白酶體結合。這種直接結合是一種新發現的降解蛋白質的方式。通常情況下,被蛋白酶體降解的蛋白質會事先被一種叫做泛素的分子標記,但這里的情況並非如此。

被SAP05鎖定的植物發育蛋白與動物中也發現的蛋白相似。研究小組很想知道SAP05是否因此也會影響到攜帶細菌的植物的昆蟲。他們發現,動物體內這些宿主蛋白的結構有足夠的差異,它們不會與SAP05相互作用,因此它不會影響昆蟲。

然而,這項調查使研究小組能夠確定蛋白酶體單元中僅有兩個胺基酸需要與SAP05相互作用。他們的研究表明,如果將植物蛋白換成昆蟲蛋白中的兩個胺基酸,它們就不會再被SAP05降解,從而防止「witches』 brooms」的異常生長。

這一發現提供了在作物中僅僅調整這兩種胺基酸的可能性,例如使用基因編輯技術,以提供對植物質體和SAP05影響的持久復原力。

來源:cnBeta