大概5億年前，植物殖民至關(guān)重植物從水生藻類進(jìn)化到能在陸地上生存進(jìn)而為陸地上的基因生命奠定了基礎(chǔ)。真菌是發(fā)現(xiàn)使這一戲劇性轉(zhuǎn)變?nèi)绱死щy的障礙之一。
“據(jù)估計(jì)，對(duì)億地球在1億年前，年前真菌爬過(guò)地球表面尋找營(yíng)養(yǎng)并很可能在從海里沖上來(lái)的植物殖民至關(guān)重死海藻中找到了營(yíng)養(yǎng)。因此，基因如果你作為一種新的發(fā)現(xiàn)植物，要在陸地上建立自己的對(duì)億地球地位，而你遇到的年前第一件事是真菌會(huì)吃掉你，于是植物殖民至關(guān)重你需要某種防御機(jī)制，”哥本哈根大學(xué)植物和環(huán)境科學(xué)系的基因生物學(xué)家Mads Eggert Nielsen說(shuō)道。
根據(jù)Mads Eggert Nielsen及其來(lái)自植物和環(huán)境科學(xué)系和巴黎-薩克雷大學(xué)的研究同行的說(shuō)法，這種防御機(jī)制的本質(zhì)可以縮小到兩個(gè)基因，即PEN1和SYP122。它們一起幫助在植物中形成一種塞子從而阻止真菌和類真菌生物的入侵。
“我們發(fā)現(xiàn)，如果我們?cè)谖覀兊哪Ｊ街参镉鹨赂仕{(lán)（擬南芥）中破壞這兩個(gè)基因，我們就為病原真菌的滲透打開了大門。我們發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)于形成這種防御真菌的細(xì)胞壁狀塞子至關(guān)重要。有趣的是，它似乎是一種普遍的防御機(jī)制，在所有陸生植物中都能找到，”這項(xiàng)研究的論文資深作者M(jìn)ads Eggert Nielsen說(shuō)道。該研究已發(fā)表在《eLife》上。
發(fā)源于4.7億年前的植物
研究小組在肝草中測(cè)試了同樣的功能，肝草是地球上最早的陸地植物之一的直接后代。通過(guò)在益母草中提取兩個(gè)相應(yīng)的基因并將其插入到羽衣甘藍(lán)中，研究人員檢查了他們是否能確定相同的效果。答案是肯定的。
“盡管擬南芥和豬籠草所屬的兩個(gè)植物家族在4.5億年前以不同的方向進(jìn)化，但它們繼續(xù)分享遺傳功能，”Mads Eggert Nielsen說(shuō)道，“我們認(rèn)為，這個(gè)基因家族的出現(xiàn)具有管理這種防御機(jī)制的獨(dú)特目的，因此一直是植物在陸地上建立自己的基礎(chǔ)之一?！?br>植物和真菌之間的共生關(guān)系
雖然真菌在植物從海洋藻類階段過(guò)渡到陸地植物的過(guò)程中構(gòu)成了障礙，但它們也是一個(gè)先決條件。Mads Eggert Nielsen表示，一旦植物能從尋求吃掉它們的真菌的攻擊中幸存下來(lái)，它們面臨的下一個(gè)問(wèn)題就是尋找營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
“像磷和氮這樣的溶解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)很容易被水生環(huán)境中的植物獲取。但在5億年前，我們今天所知道的土壤并不存在，只有巖石。而且束縛在巖石中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)植物來(lái)說(shuō)是非常難以掌握的。但對(duì)真菌來(lái)說(shuō)不是。另一方面，真菌不能生產(chǎn)碳水化合物--這就是為什么它們要消耗植物。這就是植物和真菌之間的共生關(guān)系被認(rèn)為產(chǎn)生的地方，然后成為這一時(shí)期陸地植物生命爆發(fā)的基礎(chǔ)。”
在植物中形成的防御結(jié)構(gòu)既不會(huì)殺死植物也不會(huì)殺死真菌，它們只是阻止真菌入侵。
Mads Eggert Nielsen說(shuō)道：“由于真菌只能部分進(jìn)入植物，我們認(rèn)為出現(xiàn)了一個(gè)臨界點(diǎn)，植物和真菌都有收獲。因此，保持這種關(guān)系的現(xiàn)狀是一種優(yōu)勢(shì)。植物馴服真菌來(lái)殖民土地的理論不是我們的，但我們正在提供支持這一觀點(diǎn)的飼料?！?br>可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)
新結(jié)果為植物進(jìn)化史的謎題增加了一個(gè)重要的部分。更重要的是，它們可以被用來(lái)使農(nóng)作物對(duì)真菌的攻擊具有更強(qiáng)的抵抗力，這是農(nóng)民的一個(gè)主要問(wèn)題。
“如果所有的植物都以同樣的方式進(jìn)行自我防御，那一定意味著能夠引起疾病的微生物--如白粉病、黃銹病和馬鈴薯霉菌--已經(jīng)找到了潛入、關(guān)閉或逃避其各自宿主植物的防御的方法。我們想找出它們是如何做到這一點(diǎn)的。然后我們將嘗試把抗病植物的防御成分轉(zhuǎn)移到那些發(fā)病的植物上從而達(dá)到抗病的目的，”Mads Eggert Nielsen說(shuō)道。
其他事實(shí)
長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員推測(cè)PEN1和SYP122基因在植物從水生階段的藻類過(guò)渡到陸地植物方面發(fā)揮了特殊功能，但一直沒有具體證據(jù)表明它們是否真的是植物防御能力的前提條件。
以往的研究表明，通過(guò)破壞PEN1基因，植物失去了防御白粉病真菌的能力。然而當(dāng)破壞密切相關(guān)的基因SYP122時(shí)卻什么也沒有發(fā)生。新研究結(jié)果表明，這兩個(gè)基因共同構(gòu)成了植物防御機(jī)制的一個(gè)重要關(guān)鍵。