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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

華南植物園發(fā)現(xiàn)松醇轉(zhuǎn)運(yùn)體通過(guò)影響根瘤侵染細(xì)胞滲透壓調(diào)控根瘤的發(fā)育

2021-11-10 華南植物園

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語(yǔ)音播報(bào)

　　中國(guó)科學(xué)院華南植物園農(nóng)生中心能源植物課題組博士生田露、劉樂(lè)如在副研究員陳雅平、研究員吳國(guó)江的指導(dǎo)下，分離了百脈根中14個(gè)多元醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，分析了多元醇轉(zhuǎn)運(yùn)體家族的分子生物學(xué)特點(diǎn)，并對(duì)在根瘤中?；磉_(dá)的LjPLT11進(jìn)行了詳細(xì)的功能研究。

　　定位在類菌體周膜上的LjPLT11能夠介導(dǎo)根瘤中侵染細(xì)胞內(nèi)D-松醇的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而影響百脈根植物的生長(zhǎng)和根瘤發(fā)育。該研究在己糖轉(zhuǎn)運(yùn)體缺失的酵母中表達(dá)LjPLT11后證明LjPLT11是非能量依賴的，以木糖醇、兩種O-甲基肌醇（松醇和肌醇甲酯），木糖和半乳糖為底物的糖醇轉(zhuǎn)運(yùn)體。共生固氮條件下在百脈根中降低LjPLT11的表達(dá)抑制植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致侵染細(xì)胞胞質(zhì)中松醇濃度發(fā)生改變，類菌體形成異常，固氮酶活性降低。在氮充足的情況下，降低LjPLT11的表達(dá)能加速植株生長(zhǎng)，原因可能是非結(jié)瘤狀態(tài)且氮充足的條件下，松醇需要能量進(jìn)行的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)。免疫金電鏡結(jié)果顯示，LjPLT11定位在類菌體周膜上，為類菌體和植物細(xì)胞間糖醇的轉(zhuǎn)運(yùn)提供便利。由于根瘤菌不能直接利用松醇，而細(xì)菌和類菌體周膜之間存在的共生體空間需要維持滲透平衡來(lái)保持PBS內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的正常交流，因此分離了類菌體并測(cè)定了內(nèi)菌體內(nèi)外的滲透壓，結(jié)果表明，降低LjPLT11的表達(dá)在改變松醇含量的同時(shí)導(dǎo)致四周大小的根瘤中侵染細(xì)胞內(nèi)液泡中的滲透壓升高，而類菌體中滲透壓降低。類菌體能否自行積累松醇，目前仍不清楚，但共生體空間中滲透平衡的破壞形成了一系列的連鎖反應(yīng)，其導(dǎo)致了LjPLT11i株系的類菌體周膜出現(xiàn)畸形，引發(fā)了侵染細(xì)胞中ROS的積累和分配異常。研究表明，在類菌體周膜上LjPLT11能夠介導(dǎo)D-松醇轉(zhuǎn)運(yùn)，而D-松醇能夠維持共生體空間滲透平衡及類菌體周膜穩(wěn)定。

　　相關(guān)成果發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志》上。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助。

　　論文鏈接

　　植物-微生物共生固氮能為植物生長(zhǎng)提供直接可利用的氮源，并在維持全球糧食安全和生態(tài)安全中發(fā)揮作用。共生系統(tǒng)的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要寄主植物和根瘤菌兩者新陳代謝系統(tǒng)的配合。在這個(gè)過(guò)程中，類菌體周膜（PBS）作為物理屏障維持固氮酶活性的穩(wěn)定且負(fù)責(zé)宿主植物與根瘤菌之間的物質(zhì)與信號(hào)分子交換。已有研究者在PBM上分離到糖和糖醇類物質(zhì)，并推測(cè)共生體中糖/糖醇的轉(zhuǎn)運(yùn)可能對(duì)維持類菌體的正常發(fā)育和保護(hù)固氮酶的活性具有重要作用。但根瘤內(nèi)這些物質(zhì)真正的作用機(jī)理未明，且糖/糖醇不能直接通過(guò)類菌體周膜滲透，這個(gè)過(guò)程涉及糖/糖醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的參與。
　　中國(guó)科學(xué)院華南植物園農(nóng)生中心能源植物課題組博士生田露、劉樂(lè)如在副研究員陳雅平、研究員吳國(guó)江的指導(dǎo)下，分離了百脈根中14個(gè)多元醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，分析了多元醇轉(zhuǎn)運(yùn)體家族的分子生物學(xué)特點(diǎn)，并對(duì)在根瘤中?；磉_(dá)的LjPLT11進(jìn)行了詳細(xì)的功能研究。
　　定位在類菌體周膜上的LjPLT11能夠介導(dǎo)根瘤中侵染細(xì)胞內(nèi)D-松醇的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而影響百脈根植物的生長(zhǎng)和根瘤發(fā)育。該研究在己糖轉(zhuǎn)運(yùn)體缺失的酵母中表達(dá)LjPLT11后證明LjPLT11是非能量依賴的，以木糖醇、兩種O-甲基肌醇（松醇和肌醇甲酯），木糖和半乳糖為底物的糖醇轉(zhuǎn)運(yùn)體。共生固氮條件下在百脈根中降低LjPLT11的表達(dá)抑制植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致侵染細(xì)胞胞質(zhì)中松醇濃度發(fā)生改變，類菌體形成異常，固氮酶活性降低。在氮充足的情況下，降低LjPLT11的表達(dá)能加速植株生長(zhǎng)，原因可能是非結(jié)瘤狀態(tài)且氮充足的條件下，松醇需要能量進(jìn)行的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)。免疫金電鏡結(jié)果顯示，LjPLT11定位在類菌體周膜上，為類菌體和植物細(xì)胞間糖醇的轉(zhuǎn)運(yùn)提供便利。由于根瘤菌不能直接利用松醇，而細(xì)菌和類菌體周膜之間存在的共生體空間需要維持滲透平衡來(lái)保持PBS內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的正常交流，因此分離了類菌體并測(cè)定了內(nèi)菌體內(nèi)外的滲透壓，結(jié)果表明，降低LjPLT11的表達(dá)在改變松醇含量的同時(shí)導(dǎo)致四周大小的根瘤中侵染細(xì)胞內(nèi)液泡中的滲透壓升高，而類菌體中滲透壓降低。類菌體能否自行積累松醇，目前仍不清楚，但共生體空間中滲透平衡的破壞形成了一系列的連鎖反應(yīng)，其導(dǎo)致了LjPLT11i株系的類菌體周膜出現(xiàn)畸形，引發(fā)了侵染細(xì)胞中ROS的積累和分配異常。研究表明，在類菌體周膜上LjPLT11能夠介導(dǎo)D-松醇轉(zhuǎn)運(yùn)，而D-松醇能夠維持共生體空間滲透平衡及類菌體周膜穩(wěn)定。
　　相關(guān)成果發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志》上。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助。
　　論文鏈接
　　

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