植物竟有一套“智能门禁”,识别友军阻挡敌人两不误

2025年05月07日06:22:02 科学 1510
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豆科植物既能“热情招待”根瘤菌来获取氮肥,也能坚决抵抗病原微生物的侵害。是什么让它能如此“有礼有节”地对待不同微生物?这个谜团的关键部分被上海科学家解开。昨天深夜国际顶尖学术期刊自然》在线发表了这一成果。

在自然界中,豆科植物与根瘤菌的共生关系可谓高效环保——植物为根瘤菌提供住所(根瘤器官)和食物(光合产物),而根瘤菌则发挥“固氮工厂”的作用,将空气中植物无法直接利用的氮气转化为可吸收的铵态氮。要是水稻、小麦等主要粮食作物也能像豆科植物一样固氮,将可大大减少化学氮肥的施用,对可持续农业发展意义重大。

分子密码

经过多年研究,中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员团队发现,植物进化出巧妙的感知系统,可精准区分共生微生物和病原微生物,而且体内还存在一套特异的免疫抑制系统,能在共生菌侵染植物细胞时,精准调控免疫反应强度,既避免免疫反应过强阻碍了共生过程,又确保不会被病原微生物蒙混进植物体内兴风作浪。

此次他们发现,豆科植物具有一套巧妙的“信号识别系统”,能够精准辨别根瘤菌。根瘤菌靠近植物时,会分泌一种信号分子“结瘤因子”。植物细胞表面的受体蛋白MtNFP和MtLYK3能够识别这一信号,其中只有MtLYK3具备“激活开关”的功能。

那么,信号如何在植物细胞内传递?研究团队发现,细胞质内的类受体激酶蛋白MtLICK1/2扮演了关键角色。它能与MtLYK3“握手”,并通过相互磷酸化激活共生信号通路,最终促使植物形成根瘤器官,允许根瘤菌进入植物细胞共生固氮。

智能门禁

更令人惊叹的是,MtLICK1/2不仅帮助植物“开门迎客”,与根瘤菌建立共生,还能帮助植物“关门御敌”,调节免疫反应。这种调控模式就像植物的智能门禁系统——既能识别友军,又能阻挡敌人。

在根瘤菌侵染初期,MtLICK1/2会迅速抑制免疫反应,避免植物免疫系统“误伤”根瘤菌。待共生关系建立后,它又能精准把控植物的免疫稳态,有效抵御病原菌的侵染。

该项研究不仅解答了豆科植物如何与根瘤菌“友好相处”而又不失“御敌”警惕的科学问题,还为农业绿色发展带来了新希望。如果科学家能在小麦、水稻等主要作物中“安装”类似的共生系统,未来或许能让粮食作物也实现氮肥的“自给自足”,大幅减少化肥使用,推动绿色农业高质量发展

原标题:《植物竟有一套“智能门禁”,识别友军阻挡敌人两不误》

栏目主编:任荃

来源:作者:文汇报 许琦敏

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