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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

東北地理所推演Karrikin信號(hào)途徑調(diào)控根際微生物組的模式

2020-09-25 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

　　Karrikin（KAR）是燃燒植物釋放的一類(lèi)丁烯酸內(nèi)酯化合物，能夠刺激種子萌發(fā)及促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，有利于大火后植被的快速恢復(fù)。KAR與獨(dú)腳金內(nèi)酯（Strigolactones，SLs）分子結(jié)構(gòu)相似，二者在植物生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆反應(yīng)中均具有調(diào)控功能、均依賴(lài)于MAX2蛋白的參與。已有研究表明，SLs在根際微生物群落結(jié)構(gòu)調(diào)控中發(fā)揮重要作用，但學(xué)界缺少針對(duì)KAR是否、及如何調(diào)控根際微生物組的研究。

　　水稻中，KAR和KAR類(lèi)似物（KAR-like signals，KLs）的受體是OsD14L蛋白，OsD14L結(jié)合配體之后與OsD3（擬南芥MAX2同源蛋白）相互作用，形成SCFOsD3復(fù)合物，激活泛素酶及26S蛋白酶，降解信號(hào)通路的抑制蛋白OsSMAX1，促進(jìn)SLs生物合成及KAR、KLs、D14L配體（D14-likeligand，D14L）的相關(guān)基因表達(dá)?；诖?，研究人員提出KAR調(diào)控根際微生物組的基本模型：KAR、KLs、D14L配體信號(hào)通過(guò)調(diào)控SLs的合成，進(jìn)而影響根際微生物群落組成。KAR、KLs、D14L配體信號(hào)可促進(jìn)黃酮類(lèi)化合物（Flavonids，F(xiàn)Ls）的合成，而FLs能夠募集根際有益微生物，因此，KAR、KLs、D14L配體信號(hào)也可通過(guò)調(diào)控FLs的生物合成來(lái)影響根際微生物組。該研究探討水稻中KAR參與的“去抑制化激活”調(diào)控模式、KAR促進(jìn)FLs生物合成的間接調(diào)控模式，首次推演Karrikin信號(hào)途徑調(diào)控根際微生物組的模式，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中作物根際微生物組的改良及重組構(gòu)建提供理論依據(jù)。

　　近期，相關(guān)研究成果以Does Karrikin Signaling Shape the Rhizomicrobiome via the Strigolactone Biosynthetic Pathway？為題，發(fā)表在Trends in Plant Science上。農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田春杰團(tuán)隊(duì)博士后Fahad Nasir為論文第一作者，田春杰為論文通訊作者。研究工作得到中科院國(guó)際博士后項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的資助。

　　KAR、KLs、D14L配體信號(hào)調(diào)控根際微生物組模式圖。在水稻中，OsD14L（KAI2）受體結(jié)合KARs、KLs、D14L配體，與OsD3相互作用，形成SCFOsD3復(fù)合物，隨后以轉(zhuǎn)錄抑制因子OsSMAX1為靶向，進(jìn)行泛素化并通過(guò)26S蛋白酶體降解，實(shí)現(xiàn)KAR、KLs、D14L的相關(guān)基因表達(dá)，通過(guò)SLs及FLs調(diào)控根際微生物組，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分吸收、提高植物抗干擾能力。

　　微生物組能夠提升作物生產(chǎn)力，利用微生物組服務(wù)作物生長(zhǎng)和抗逆是當(dāng)前農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。作物如何實(shí)現(xiàn)對(duì)根際微生物組的有效調(diào)控，是當(dāng)前迫切需要回答的科學(xué)問(wèn)題。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室土壤微生物研究員田春杰團(tuán)隊(duì)開(kāi)展研究。
　　Karrikin（KAR）是燃燒植物釋放的一類(lèi)丁烯酸內(nèi)酯化合物，能夠刺激種子萌發(fā)及促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，有利于大火后植被的快速恢復(fù)。KAR與獨(dú)腳金內(nèi)酯（Strigolactones，SLs）分子結(jié)構(gòu)相似，二者在植物生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆反應(yīng)中均具有調(diào)控功能、均依賴(lài)于MAX2蛋白的參與。已有研究表明，SLs在根際微生物群落結(jié)構(gòu)調(diào)控中發(fā)揮重要作用，但學(xué)界缺少針對(duì)KAR是否、及如何調(diào)控根際微生物組的研究。
　　水稻中，KAR和KAR類(lèi)似物（KAR-like signals，KLs）的受體是OsD14L蛋白，OsD14L結(jié)合配體之后與OsD3（擬南芥MAX2同源蛋白）相互作用，形成SCFOsD3復(fù)合物，激活泛素酶及26S蛋白酶，降解信號(hào)通路的抑制蛋白OsSMAX1，促進(jìn)SLs生物合成及KAR、KLs、D14L配體（D14-likeligand，D14L）的相關(guān)基因表達(dá)?；诖耍芯咳藛T提出KAR調(diào)控根際微生物組的基本模型：KAR、KLs、D14L配體信號(hào)通過(guò)調(diào)控SLs的合成，進(jìn)而影響根際微生物群落組成。KAR、KLs、D14L配體信號(hào)可促進(jìn)黃酮類(lèi)化合物（Flavonids，F(xiàn)Ls）的合成，而FLs能夠募集根際有益微生物，因此，KAR、KLs、D14L配體信號(hào)也可通過(guò)調(diào)控FLs的生物合成來(lái)影響根際微生物組。該研究探討水稻中KAR參與的“去抑制化激活”調(diào)控模式、KAR促進(jìn)FLs生物合成的間接調(diào)控模式，首次推演Karrikin信號(hào)途徑調(diào)控根際微生物組的模式，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中作物根際微生物組的改良及重組構(gòu)建提供理論依據(jù)。
　　近期，相關(guān)研究成果以Does Karrikin Signaling Shape the Rhizomicrobiome via the Strigolactone Biosynthetic Pathway？為題，發(fā)表在Trends in Plant Science上。農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田春杰團(tuán)隊(duì)博士后Fahad Nasir為論文第一作者，田春杰為論文通訊作者。研究工作得到中科院國(guó)際博士后項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的資助。
　　KAR、KLs、D14L配體信號(hào)調(diào)控根際微生物組模式圖。在水稻中，OsD14L（KAI2）受體結(jié)合KARs、KLs、D14L配體，與OsD3相互作用，形成SCFOsD3復(fù)合物，隨后以轉(zhuǎn)錄抑制因子OsSMAX1為靶向，進(jìn)行泛素化并通過(guò)26S蛋白酶體降解，實(shí)現(xiàn)KAR、KLs、D14L的相關(guān)基因表達(dá)，通過(guò)SLs及FLs調(diào)控根際微生物組，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分吸收、提高植物抗干擾能力。
　　

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