王二涛组Science报道植物-微生物互作的全新机制

来源: 上海前尘生物科技有限公司   2017-6-20   访问量:1504评论(0)

王二涛组Science报道植物-微生物互作的全新机制
 
菌根共生是植物与菌根真菌建立的互惠互利的同盟,也是自然界最为广泛的共生形式。植物可通过与菌根真菌共生高效率的从土壤中获得磷和氮等营养;同时植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。
 
传统理论认为糖是植物为菌根真菌提供碳源营养的主要形式,然而6月8日,来自中科院植物生理生态研究所王二涛研究员课题组在Science杂志上发表的题为“Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi”的论文打破了上述认识,首次揭示了在丛枝菌根真菌与植物的共生过程中,脂肪酸是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式,并发现脂肪酸作为碳源营养在植物-白粉病互作中起重要作用。据悉,该论文从投稿到被接受十分顺利,而且Science在同一时间还发表了来自英国John Innes 中心 Giles E. D. Oldroyd(温馨提示:Giles E. D. Oldroyd是王二涛研究员博后期间的导师)课题组和Rothamsted 研究中心Peter J. Eastmond课题组合作完成的题为“Fatty acids in arbuscular mycorrhizal fungi are synthesized by the host plant”的结论相似的研究论文,这进一步佐证了相关发现的可靠性与重要性。王二涛课题组的这篇论文是今年生命科学领域以国内为主完成的第25篇CNS论文,也是今年中科院植生所完成的第二篇Science论文(有趣是今年年初的一篇Science是由王二涛博士期间的导师何祖华研究员课题组完成)。
论文解读:
菌根共生是植物与菌根真菌建立的互惠互利的同盟,也是自然界最为广泛的共生形式。植物可通过与菌根真菌共生高效率的从土壤中获得磷和氮等营养;同时植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。每年大约有50亿吨的光合作用产物通过菌根真菌被固定在土壤中,对整个生态系统的碳氮平衡具有重要的作用。传统理论认为糖是植物为菌根真菌提供碳源营养的主要形式【1-3】,然而多年来的研究人员一直没有找到相关的糖转运蛋白。
 
在这项研究中,王二涛团队通过C13同位素标定实验,在实验体系中用C13同位素标同时标定甘油(代表脂肪酸)和葡萄糖,但是最终在丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal,AM)中主要检测到的是脂肪酸而不是糖,该结果从而首次否定了糖是植物传递给菌根真菌主要碳源形式
 
同时,研究者采用遗传学、分子生物学及代谢生物学的手段研究发现,植物宿主的脂肪酸合成对于丛枝菌根真菌共生是必须的,并且植物合成的脂肪酸能够直接传递给菌根真菌。进一步的研究发现植物基因合成的一类特殊脂肪酸分子(2-monoacylglycerol,2-单酰甘油,由RAM2催化合成),被植物的转运蛋白STR-STR2(一类ABC转运蛋白)转运给菌根真菌。该研究系统揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要传递形式,推翻了传统认识,对于理解生态系统的碳氮循环具有重要的意义。
图一:脂肪酸是植物传递给菌根真菌的碳源
 
同时研究还发现,在植物病原真菌相互作用中,病原真菌和寄主植物争夺脂肪酸作为其生长的碳源,进而侵染植物,造成作物的减产。通过降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的转运,能够有效的抑制病原真菌的致病性。该机理的揭示有助于将来选育抗真菌病害作物,也为“绿色农业”提供了有利的支撑。
 
据《上观新闻》报道,其实早在2010年,还在英国从事博士后研究时的王二涛博士在克隆一些共生植物基因时,就发现“糖”理论无法解释一些现象。他曾经提出了质疑,并大胆假设了另一种可能——脂肪酸是碳源营养的主要形式,但是却并未获得该领域研究人员的认可,毕竟“糖”理论已经写进了教科书。一直到2013年,王二涛学成回国组建了自己的研究组,他依然没有放弃这一想法。特别令人钦佩的是,王二涛在回国后的短短几年里带领课题组的成员就实现了他当初的想法,而且该成果投稿过程出奇的顺利,这无疑给了许多年轻的科研人员一些信心。也提醒一些年轻科研人员(特别是博士生和博后)当你有了好的想法一时无法实现的时候千万不要放弃,等哪天有条件说不定就真的可以实现并且是颠覆性的发现。
 
据悉,该工作是与福建农林大学唐定中研究员和中科院植生所杨琛陈晓亚研究员合作完成。该工作主要由姜伊娜博士和博士研究生王万晓、谢秋瑾等在王二涛研究员指导下完成。科技部青年973、国家转基因新品种培育重大专项、国家自然科学基金委等资助。
 
关于这项研究工作,论文审稿人给予很高的评价,其中一位评审人认为“This is a very interesting paper that provides novel insights into the nutrient relationship between arbusular mycorrhizal fungi and their host plant”。
 
说明:本文报道的内容主要引自中科院植生所官网。
 
参考文献:
1、Pfeffer, P. E., Douds, D. D., Bécard, G., & Shachar-Hill, Y. (1999). Carbon uptake and the metabolism and transport of lipids in an arbuscular mycorrhiza. Plant Physiology, 120(2), 587-598.
2、Bago, B., Pfeffer, P. E., & Shachar-Hill, Y. (2000). Carbon metabolism and transport in arbuscular mycorrhizas. Plant physiology, 124(3), 949-958.
3、Bago, B., Zipfel, W., Williams, R. M., Jun, J., Arreola, R., Lammers, P. J., ... & Shachar-Hill, Y. (2002). Translocation and utilization of fungal storage lipid in the arbuscular mycorrhizal symbiosis. Plant Physiology, 128(1), 108-124.
王二涛研究员简介
王二涛,博士,现任中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员,2014年中组部“青年千人计划”入选者。1999-2003年毕业于河南大学,获学士学位;2003-2008年毕业于中科院上海生命科学研究院,获博士学位(导师:何祖华研究员);2008-2012年在英国John Innes Centre从事博士后研究;2013年至今,任中科院上海植物生理生态研究所研究员,植物分子遗传国家重点实验室研究员,国际非豆科植物生物共生固氮研究联盟成员。主要从事植物-微生物共生和相关激素信号转导的研究,在植物-微生物共生研究方面取得了一系列突破。近年来以第一作者或通讯作者身份在包括Science、Nature Genetics、Current biology、The Plant Cell、Cell Research、Molecular Plant等国际主流学术期刊上发表多篇研究性论文,对相关领域有广泛的影响。
 

克隆新思路

继生化所陈玲玲发表Cell文章之后,YEASEN生物再登Science杂志。

王二涛课题组使用YeasenHieff CloneTM One Step Cloning KitCAT:10911pK7WG2R35S启动子替换为2.3-kb DNA片段(包含835 bp 35S 启动子与UcFatB cDNA273bpNOS终止子),成功构建了35S-UcFatB-nos-pK7WG2R质粒,为课题的后续开展提供了强有力的实验工具。

 

翊圣克隆试剂盒以其灵活的应用,简便的操作,迅速得到广大科研用户的认可,其中包括来自中科院系统,北京大学,清华大学,浙江大学和上海交通大学等600多个课题组。

详情点 http://www.yeasen.com/Productfeature/1888.htm

 

Yeasen生物立足于酶制剂生产,为科研院所、高校和分子诊断公司提供国际一流品质的试剂。目前主要是面向基础科研、高通量建库和分子诊断相关试剂。未来将涉足食品安全和宠物疾病监测等方向。

 

 



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