植物竟有一套「智能門禁」,識別友軍阻擋敵人兩不誤

豆科植物既能「熱情招待」根瘤菌來獲取氮肥,也能堅決抵抗病原微生物的侵害。是什麼讓它能如此「有禮有節」地對待不同微生物?這個謎團的關鍵部分被上海科學家解開。昨天深夜國際頂尖學術期刊自然》在線發表了這一成果。

在自然界中,豆科植物與根瘤菌的共生關係可謂高效環保——植物為根瘤菌提供住所(根瘤器官)和食物(光合產物),而根瘤菌則發揮「固氮工廠」的作用,將空氣中植物無法直接利用的氮氣轉化為可吸收的銨態氮。要是水稻、小麥等主要糧食作物也能像豆科植物一樣固氮,將可大大減少化學氮肥的施用,對可持續農業發展意義重大。

分子密碼

經過多年研究,中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究員團隊發現,植物進化出巧妙的感知系統,可精準區分共生微生物和病原微生物,而且體內還存在一套特異的免疫抑制系統,能在共生菌侵染植物細胞時,精準調控免疫反應強度,既避免免疫反應過強阻礙了共生過程,又確保不會被病原微生物矇混進植物體內興風作浪。

此次他們發現,豆科植物具有一套巧妙的「信號識別系統」,能夠精準辨別根瘤菌。根瘤菌靠近植物時,會分泌一種信號分子「結瘤因子」。植物細胞表面的受體蛋白MtNFP和MtLYK3能夠識別這一信號,其中只有MtLYK3具備「激活開關」的功能。

那麼,信號如何在植物細胞內傳遞?研究團隊發現,細胞質內的類受體激酶蛋白MtLICK1/2扮演了關鍵角色。它能與MtLYK3「握手」,並通過相互磷酸化激活共生信號通路,最終促使植物形成根瘤器官,允許根瘤菌進入植物細胞共生固氮。

智能門禁

更令人驚嘆的是,MtLICK1/2不僅幫助植物「開門迎客」,與根瘤菌建立共生,還能幫助植物「關門禦敵」,調節免疫反應。這種調控模式就像植物的智能門禁系統——既能識別友軍,又能阻擋敵人。

在根瘤菌侵染初期,MtLICK1/2會迅速抑制免疫反應,避免植物免疫系統「誤傷」根瘤菌。待共生關係建立後,它又能精準把控植物的免疫穩態,有效抵禦病原菌的侵染。

該項研究不僅解答了豆科植物如何與根瘤菌「友好相處」而又不失「禦敵」警惕的科學問題,還為農業綠色發展帶來了新希望。如果科學家能在小麥、水稻等主要作物中「安裝」類似的共生系統,未來或許能讓糧食作物也實現氮肥的「自給自足」,大幅減少化肥使用,推動綠色農業高質量發展

原標題:《植物竟有一套「智能門禁」,識別友軍阻擋敵人兩不誤》

欄目主編:任荃

來源:作者:文匯報 許琦敏