作物豆类是可持续农业的组成部分,因为其中一些物种是人类和动物群体的重要蛋白质来源。豆科植物与一群土壤细菌(统称为根瘤菌)有一种独特而有益的相互作用。根瘤菌与豆科植物的共生关系导致根瘤菌寄生的根瘤上产生新的植物器官。这些根瘤内的活性根瘤菌利用一种称为固氮的过程,将植物无法利用的大气氮转化为可作为氮源的铵。这是一个非常有价值的过程,因为氮在农业系统中是有限的。
豆科植物的固氮对环境胁迫高度敏感,这金华凤凰山庄限制了该过程在食品生产中的利用。例如,我们知道土壤盐分对结瘤有负面影响,并抑制其同源的生化过程。在最近发表在MPMI杂志上的一项研究中,珍妮·哈里斯(佛蒙特大学)和她的团队探索了盐度对桶形苜蓿与根瘤菌相互作用的影响。
“由于我们对了解这种相互作用的潜在机制很感兴趣,我们分析了存在盐胁迫和/或根瘤菌,或两者都不存在时的植物基因表达。考虑到盐度对结瘤的抑制作用,我们希望看到盐度对共生基因表达的整体抑制作用。令我们惊讶的是,我们发现在结瘤中具有良好特征功能的几个基因在盐胁迫下高度诱导,”该研究的第一作者Sanhita Chakraborty解释道。
这意味着盐胁迫实际上使植物对细菌的信号非常敏感。这是令人兴奋的,因为它涉及到环境信号,促使植物对生物信号做出反应,这是一个在植物科学中还未被探索的领域,”哈里斯补充道。
通过他们的方法,研究人员能够识别出一组以前没有描述过的新型胁迫特异性根瘤菌响应基因。“我们特别想知道,在我们在实验室中使用的理想条件下,我们永远无法确定的压力条件下,是否需要调节额外的基因。”我们很兴奋地发现,只有在植物经历盐预处理和接种根瘤菌时,才会有大量基因被特异性地诱导或抑制。”哈里斯说。
“我们的研究提供了一组基因,这些基因可以被操纵并引入植物中,在盐胁迫下增加结瘤。在应激环境中,可能需要一个或多个这样的基因来预防结瘤。它们的过度表达或突变可能有利于农业。”Chakraborty指出。